Giáo trình Nhập môn cơ điện tử (Nghề: Cơ điện tử - Cao đẳng): Phần 1 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

(NB) Giáo trình Nhập môn cơ điện tử với mục tiêu giúp người học có thể giải thích được Cơ điện tử là gì; Giải thích được các yếu tố thành phần trong hệ thống và sản phẩm cơ điện tử; Nhận biết các loại hình thông tin trong hệ thống cơ điện tử; Phân biệt các dạng sản phẩm cơ điện tử trong công nghiệp; Chủ động và sáng tạo trong học tập. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 1 dưới đây.

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯƠNG VĂN HỢI (Chủ biên) BÙI VĂN CÔNG – LƯU HUY HẠNH GIÁO TRÌNH NHẬP MƠN CƠ ĐIỆN TỬ Nghề: Cơ điện tử Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2019 LỜI NÓI ĐẦU Trong chương trình đào tạo cao đẳng nghề thực hành nghề giữ vị trí quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng thời cần giáo trình nội bộ, mang tính khoa học đáp ứng với yêu cầu thực tế Nội dung giáo trình “Nhập mơn điện tử ” xây dựng sở kế thừa nội dung giảng dạy trường, kết hợp với nội dung nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, Tuy tác giả có nhiều cố gắng biên soạn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận tham gia đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp chuyên gia kỹ thuật đầu ngàn Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2019 Chủ biên: Trương Văn Hợi MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN NHẬP MÔN CƠ ĐIỆN TỬ Chương Khái niệm điện tử 1.1 Khái niệm điện tử 1.2 Phân tích q trình hệ thống điện tử 1.3 Thiết lập mơ hình chức hệ thống điện tử Chương 2: Khái niệm điều khiển điều chỉnh 11 2.1 Kỹ thuật điều khiển 11 2.2 Giới thiệu mạch điều chỉnh 19 Chương 3: Cơ cấu chấp hành 22 3.1 Kết cấu phương thức làm việc cấu chấp hành 22 3.2 Cơ cấu chấp hành điện từ 22 3.3 Cơ cấu chấp hành thủy khí 29 3.4 Các loại cấu chấp hành đặc biệt 31 Chương 4: kỹ thuật đo lường, cảm biến 34 4.1 Kỹ thuật đo lường 34 4.2 Các thông số đặc trưng cảm biến 37 4.3 Giới thiệu loại cảm biến 41 Chương 47 Khái niệm xử lý thông tin hệ thống điện tử 47 5.1 Một số hệ đếm điển hình 47 5.2 Chuyển đổi số 48 5.3 Mã số 49 5.4 Dữ liệu mã hoá liệu 50 5.5 Bài tập ứng dụng 51 5.6 Kiểm tra 53 Chương 54 Các ví dụ điển hình hệ thống điện tử 54 6.1 Mơ hình nồi cơm điện tự động 54 6.2 Mô hình máy ép nhựa 55 6.3 Máy điều khiển theo chương trình số CNC 56 6.4 Mơ hình phân loại sản phẩm tự động 59 6.5 Mơ hình rơbốt công nghiệp 61 6.6 Bài tập phân tích tổng quan chức dịng thơng tin mơ hình 63 6.7 Kiểm tra 63 Tài liệu tham khảo 64 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN NHẬP MƠN CƠ ĐIỆN TỬ Tên mô đun: Nhập môn điện tử Mã số mô đun: MĐ 21 Thời gian mô đun: 30 (LT:12 giờ; TH/TT/TN/BT/TL: 18 giờ) I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠ ĐUN - Vị trí: Trước bắt đầu học mô đun sinh viên phải học môn học, mơ đun kỹ thuật sở - Tính chất: Là mơ đun bắt buộc chương trình đào tạo nghề Cơ điện tử II MỤC TIÊU CỦA MÔ ĐUN - Giải thích Cơ điện tử - Giải thích yếu tố thành phần hệ thống sản phẩm điện tử - Nhận biết loại hình thơng tin hệ thống điện tử - Phân biệt dạng sản phẩm điện tử công nghiệp - Chủ động sáng tạo học tập III NỘI DUNG MÔ ĐUN Nội dung tổng quát phân bổ thời gian Thời gian Số TT Tên các mô đun Tổng số Các khái niệm cơ điện tử Thực hành/thực Lý tập/thí Kiểm tra thuyết nghiệm/bài tập/thảo luận 1.1 Khái niệm điện tử 1.2 Phân tích q trình hệ thống điện tử 1.3 Thiết lập mơ hình chức hệ thống điện tử 1.4 Phác thảo hệ thống điện tử Kiểm tra Khái niệm điều khiển điều chỉnh 2.1 Kỹ thuật điều khiển: 2.2 Giới thiệu mạch điều chỉnh Cơ cấu chấp hành 3.1 Kết cấu phương thức làm việc cấu chấp hành 3.2 Cơ cấu chấp hành điện từ 3.3 Cơ cấu chấp hành thủy khí 3.4 Các loại cấu chấp hành đặc biệt Kiểm tra Kỹ thuật đo lường, cảm biến 3 4.1 Kỹ thuật đo lường 4.2 Các thông số đặc trưng cảm biến 4.3 Giới thiệu loại cảm biến Kiểm tra Khái niệm xử lý thông tin hệ thống điện tử 5.1 Một số hệ đếm điển hình 5.2 Chuyển đổi số 5.3 Mã số 5.4 Dữ liệu mã hoá liệu 5.5 Bài tập ứng dụng Kiểm tra Các ví dụ điển hình hệ thống điện tử 12 16 6.1 Mơ hình nồi cơm điện tự động 6.2 Mơ hình máy ép nhựa 6.3 Máy điều khiển theo chương trình số CNC 6.4 Mơ hình phân loại sản phẩm tự động 6.5 Mơ hình rơbốt cơng nghiệp Kiểm tra Cộng 30 Chương Khái niệm điện tử Mục tiêu: - Nhận biết rõ khái niệm điện tử - Chức năng, cấu trúc hệ thống điện tử; - Chủ động sáng tạo học tập 1.1 Khái niệm điện tử Cơ điện tử ( Mechatronics) đời kết tất yếu phát triển cơng nghệ đại Cơ điện tử hình thành công nghệ cao, thông minh, linh hoạt Những xu hướng tạo ra hội thách thức cho điện tử hệ sinh học tích hợp, máy tính lượng tử, hệ thống pico nano, công nghệ khác triển khai Tương lai điện tử đầy tiềm Cơ điện tử hiểu công nghệ phát triển mở rộng với tốc độ nhanh, nên khó có định nghĩa xác.Một định nghĩa q cứng gây nhiều hạn chế, thiếu xác tương lai Ta thấy điều qua ba thập kỷ phát triển Cơ điện tử Tuy nét chung thừa nhận chất Cơ điện tử “liên kết cộng nhiều lĩnh vực để tạo sản phẩm có tính vượt trội” Sự liên kết cộng mang lại nhiều hội không thách thức cho phát triển điện tử Hay hiểu cách giản đơn: Cơ điện tử kết hợp phức hợp ngành khí, điện tử, tin học Sản phẩm điện tử có đặc trưng riêng ưu so với hệ thống công nghệ độc lập khác Sản phẩm Cơ điện tử sản phẩm cho người sử dụng cuối đồ dùng, thiết bị gia dụng chế tạo hàng loạt, sản phẩm chất lượng cao điện thoại thông minh, ôtô, máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ, thiết bị y tế, phận thể nhân tạo thay cho người vv… Các sản phẩm thiết kế chế tạo cách tiện ích nhất, phù hợp với yêu cầu riêng cho người sử dụng người sử dụng không quan tâm đến công nghệ dùng mà họ mua dùng sản phẩm tốt hơn, kinh tế hơn, tiện dụng phù hợp với yêu cầu riêng Cho đến nhiều bàn cãi định nghĩa nhiều quan điểm khác điện tử có phải cơng nghệ khơng hay đơn kết hợp thông thường cơng nghệ biết Có quan điểm cho điện tử ngành khoa học mà đơn cơng nghệ khơng có tảng khoa học học, điều khiển học vv Trước tiên theo suy nghĩ tác giả đến thời điểm điện tử định nghĩa sau: “Cơ điện tử lĩnh vực khoa học cơng nghệ hình thành từ cộng nhiều ngành khoa học công nghệ nhằm hồn thiện, thơng minh hố tạo nên linh hồn cảm xúc cho sản phẩm công cụ phục vụ cho người” 1.2 Phân tích quá trình hệ thống điện tử Mỗi ngành khí, điện tử, tin học có tảng khoa học vững tạo sản phẩm đặc trưng riêng Tuy nhiên, yêu cầu thời đại đặt yêu cầu cao cách hoạt động máy móc, yêu cầu máy móc cần phải gọn nhẹ hơn, linh động hơn, uyển chuyển thông minh Các kỹ sư khí khơng thể làm máy móc thơng minh hơn, kỹ sư tin học tạo trí thơng minh nhân tạo họ khơng biết khí, kỹ sư điện tử kết nối điều khiển tín hiệu, họ khơng thể kết nối trí thơng minh nhân tạo để điều khiển thiết bị khí Chính u cầu hình thành nên ngành Cơ điện tử để tạo sản phẩm đáp ứng yêu cầu đặt sở phối hợp tảng sẵn có ngành với Với khả am hiểu khí, điện tử, tin học, công nghệ đại người kỹ sư điện tử đưa vào sản phẩm khí hệ thống điều khiển linh hoạt điện tử, thông qua hệ thống điện tử, kết nối với hệ thống xử lý thơng tin - trí thơng minh nhân tạo để tạo sản phẩm hoàn chỉnh Sự thành công ngành công nghiệp sản xuất bán hàng thị trường giới phụ thuộc nhiều vào khả kết hợp Điện – Điện Tử công nghệ tin học vào sản phẩm khí phương thức sản xuất khí Đặc tính làm việc nhiều sản phẩm xe ô tô, máy giặc, robot, máy công cụ việc sản xuất chúng phụ thuộc nhiều khả ngành công nghiệp ứng dụng kỹ thuật vào việc sản xuất sản phẩm qui trình sản xuất Kết tạo hệ thống rẻ hơn, đơn giản hơn, đáng tin cậy linh hoạt so với hệ thống trước Ranh giới điện điện tử, máy tính khí bị thay kết hợp chúng Sự kết hợp tiến tới hệ thống : Hệ thống điện tử 1.3 Thiết lập mơ hình chức hệ thống điện tử Trên thực tế hệ thống điện tử khơng có định nghĩa rõ ràng Nó tách biệt hồn tồn phần riêng biệt kết hợp trình thực Sự kết hợp hình thành theo quan điểm Bradley, bao gồm phần riêng biệt điện – điện tử, khí máy tính kết hợp chúng lại lĩnh vực giáo dục đào tạo, công việc thực tế, ngành công nghiệp sản xuất thị trường Hình 1.1: Sự liên kết thành phần hệ thống điện tử theo Bradley Quan điểm Bolton : Theo Bolton điện tử thuật ngữ hệ thống Một hệ thống xem hộp đen mà chúng có đầu vào đầu Nó hộp đen chúng gồm phần tử chứa đựng bên hộp, để thực chức liên hệ đầu vào đầu Ví dụ : Cái mơtơ điện có đầu vào nguồn điện đầu quay trục động Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống điện tử theo Bolton Quan điểm giáo sư Thổ Nhĩ Kỳ Okyay Kaynak định nghĩa hệ thống điện tử sau: Trong hình 2, khâu ADC (thiết bị đo giá trị thực) DAC (thiết bị ĐK) biểu diễn ghép với đối tượng ĐK, điều nhắc nhở ta: Khi thiết kế khâu điều chỉnh số (ĐC số), tức tổng hợp thuật tốn ĐK, ta phải sử dụng mơ hình đầy đủ đối tượng ĐK, bao gồm mơ hình nguyên thủy đối tượng, bổ sung thêm khâu động học mô tả đặc điểm ADC DAC với tín hiệu đặc thù truyền thơng chúng 2.2 Giới thiệu mạch điều chỉnh Lý thuyết điều chỉnh tự động môn khoa học nghiên cứu nguyên tắc thành lập hệ tự động quy luật trình xảy hệ thống Nhiệm vụ ngành khoa học xây dựng hệ tự động tối ưu gần tối ưu biệt pháp kỹ thuật, đồng thời nghiên cứu vấn đề thuộc tĩnh học động học hệ thống Những phương pháp đại lý thuyết điều chỉnh tự động giúp chọn cấu trúc hợp lý hệ thống, xác định trị số tối ưu thông số, đánh giá tính ổn định tiêu chất lượng q trình điều chỉnh Tiền thân mơn khoa học kỹ thuật điều chỉnh tự động ngày kỹ thuật lý thuyết điều chỉnh máy nước bắt đầu vào thời kỳ Cách mạng công nghiệp Chủ nghĩa Tư Bản Năm 1765 xuất cấu điều chỉnh cơng nghiệp điều chỉnh tự động mức nước nồi Nhà học Nga U - U (Pôlzunốp ) Hệ thống điều chỉnh mức nước thể sơ lược hình vẽ sau: Hình 2.6: Bộ điều chỉnh mức nước nồi Gần 20 năm sau, năm 1784 Jame Watt nhà học người Anh nhận sáng chế điều tốc máy nước kiểu quay ly tâm Về nguyên lý điều chỉnh điều tốc Jame Watt không khác so với điều chỉnh mức nước Polzunốp, khác hoàn tồn cấu tạo mục đích ứng dụng 19 Hình 2.7: Bộ điều chỉnh tốc độ quay tuốc bin Nguyên lý hoạt động: Chuyển động quay trục máy nước chuyển cách tỷ lệ thành chuyển động quay ly tâm Hai trọng chuyển động quay quanh trục đứng tạo lực ly tâm nhờ hệ thống truyền lực, kéo theo chuyển dịch trượt M lên phía cân với lực lò xo L Như độ dịch chuyển trượt M liên hệ chặt chẽ với tốc độ quay y máy nước, cánh tay đòn l1, l2 làm chuyển dịch trục van điều chỉnh theo hướng chống lại chiều thay đổi tốc độ quay máy nước Như tốc độ quay máy nước giữ giá trị cân phụ thuộc vị trí cấu định trị Z Các điều chỉnh Pôlzunốp Jame Watt tạo chuyển động van điều chỉnh nhờ vào lượng trực tiếp cấu đo nên có tên gọi điều chỉnh trực tiếp Theo yêu cầu phát triển công suất thiết bị, phận van điều chỉnh có kích thước trọng lượng ngày tăng Do lực cản phận chuyển động tăng theo tới mức điều chỉnh trực tiếp không đủ công suất để hoạt động Mặt khác chúng khơng có khả trì xác giá trị đại lượng điều chỉnh thay đổi phụ tải (thay đổi công suất) Hiện tượng gọi độ khơng đồng qúa trình điều chỉnh hay điều chỉnh có độ sai lệch dư (có sai số tĩnh học) Thực đối tượng mang phụ tải mới, cánh mở quan điều chỉnh phải có vị trí tương ứng (phụ tải lớn, cần lưu lượng hơi, nước lớn Muốn cửa thoát van điều chỉnh phải mở rộng) Để giảm độ không đồng người ta cố gắng tăng tỷ số cánh tay địn l1/l2 Song tăng tỷ số đến giá trị gặp tượng lạ kỳ thời sản xuất máy nước cuối kỷ 18 20 Đó hịện tượng ổn định hệ thống điều chỉnh tự động, đạûi lượüng chỉnh dao động tới biên độ tăng khơng ngừng Hình2.8 : Hệ thống điều chỉnh ổn định Mọi biện pháp đấu tranh với tượng ổn định hệ thống điều chỉnh cách giảm ma sát khớp nối cải tiến khí khác khơng đem lại kết Vì xảy thời kỳ đình trệ phát triển máy nước Sự kiện khủng khiếp gây ảnh hưởng lớn tới mức lôi ý nhà bác học lớn kỷ 19 Cơng trình giải vấn đề ổn định J-C Maxwell với tiêu đề “ điều chỉnh “công bố năm 1868 tiên đề cho tiêu chuẩn ổn định sau đời Nhưng số giả thiết đơn giản hóa vấn đề kết luận xa thực tế lúc nên ý nghĩa cơng trình khơng chun gia đương thời nhìn thấy Cho đến cuối kỷ 19 có giải pháp hữu hiệu cho toán chế độ điều chỉnh ổn định khơng có sai lệch dư máy nước cơng suất lớn Theo giải pháp thành phần điều chỉnh có thêm cấu khếch đại lực (trợ động cơ) để làm chuyển dịch van điều chỉnh cấu phản hồi phụ để thay đổi điều chỉnh động học điều chỉnh Lý thuyết điều khiển điều chỉnh tự động từ trước năm 30 kỷ 20 phát triển chủ yếu sở giải vấn đề thực tế tự động hóa máy nước đặt Mà trung tâm lý thuyết vấn đề ổn định hệ thống điều chỉnh Bắt đầu năm 30 kỷ 20 lý thuyết điều chỉnh tự động trang bị dụng cụ phương pháp tần số phổ biến ngày năm 1932 có t/c H.Niquits 1938 có t/c A.V.Mikhailov Thực tế trình vận hành, hệ thống điều khiển luôn chịu ảnh hưởng tác động ngẫu nhiên Từ năm 40 - 60 kỷ 20 bắt đầu phát triển lý thuyết điều khiển điều kiện ngẫu nhiên Thời kỳ phát triển đại ngày lý thuyết điều khiển tự động điều khiển trình nhiệt nói riêng dựa sở ứng dụng máy tính kỹ thuật vi xử lý 21 Chương 3: Cơ cấu chấp hành Mục tiêu: - Nhận biết rõ khái niệm chức cấu chấp hành - Nhận biết cấu truyền động điện tử - Chủ động sáng tạo học tập 3.1 Kết cấu phương thức làm việc cấu chấp hành Cơ cấu chấp hành dùng để truyền động cho cấu khí, dùng để chuyển đổi điện thành Đó khái niệm thiết bị điện ( thường nằm hệ thống tự động điều khiển, điều chỉnh ) làm nhiệm vụ tạo tác động ( thường học) điều khiển trung tâm như: van điện từ, khớp nối, rơ le, động công suất nhỏ động bước, động cảm ứng, động từ trễ, động chiều, động đồng nam châm vĩnh cửu, động đồng không chổi than 3.2 Cơ cấu chấp hành điện từ 3.2.1 Cơ sở phần tử chuyển đổi điện động Các phân tử chuyển đổi điện động hoạt động dựa tượng cảm ứng điện từ Dùng để biến đổi dạng lượng điện thành gồm loại động điện động điện pha, động điện pha, động điện chiều, động bước, servo 3.2.2 Kết cấu phần tử chuyển đổi điện động - Động điện pha Hình3.1 : Cấu tạo động điện pha Nguyên lý làm việc động điện khơng đồng ba pha: Khi ta cho dịng điện ba pha tần số f vào ba dây quấn stato tạo từ trường quay với tốc độ n1 = 60f/p 22 Từ trường quay cắt dẫn dây quấn rôto cảm ứng sức điện động Vì dây quấn rơto nối kín mạch, nên sức điện động cảm ứng sinh dòng điện dẫn rôto Lực tác dụng tương hỗ từ trường quay máy với dẫn mang dịng điện rơto, kéo rơto quay với tốc độ n < n1 chiều với n1 - Động điện chiều Pha 1: Từ trường rotor Pha 2: Rotor tiếp tục quay Pha 3: Bộ phận chỉnh điện cực với stator, đẩy đổi cực cho từ trường tạo chuyển động stator rotor dấu, trở quay rotor lại pha Hình 3.2: Cấu tạo động điện chiều Nếu trục động điện chiều kéo lực ngoài, động hoạt động máy phát điện chiều, tạo sức điện động cảm ứng Electromotive force (EMF) Khi vận hành bình thường, rotor quay phát điện áp gọi sức phản điện động counter-EMF (CEMF) sức điện độngđối kháng, đối kháng lại điện áp bên đặt vào động Sức điện động tương tự sức điện động phát động sử dụng máy phát điện (như lúc ta nối điện trở tải vào đầu động cơ, kéo trục động ngẫu lực bên ngoài) Như điện áp đặt động bao gồm thành phần: sức phản điện động, điện áp giáng tạo điện trở nội cuộn dây phần ứng Dịng điện chạy qua động tính theo biều thức sau: I = (VNguon − VPhanDienDong) / RPhanUng Công suất mà động đưa được, tính bằng: P = I * (VPhanDienDong) Khi có dòng điện chảy qua cuộn dây quấn xung quanh lõi sắt non, cạnh phía bên cực dương bị tác động lực hướng lên, cạnh đối diện lại bị tác động lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái Fleming Các lực gây tác động quay lên cuộn dây, làm cho rotor quay Để làm cho rô to quay liên tục chiều, cổ góp điện làm chuyển mạch dòng điện sau vị trí ứng với 1/2 chu kỳ Chỉ có vấn đề mặt cuộn dây song song với đường sức từ trường Nghĩa lực quay 23 động cuộn dây lệch 90o so với phương ban đầu nó, Rơ to quay theo quán tính - Động bước Động bước loại động điện có nguyên lý ứng dụng khác biệt với đa số loại động điện thông thường.Chúng thực chất động đồng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay chuyển động Rotor có khả cố định Rotor vào vị trí cần thiết Như hình minh họa: bên động bước có cuộn dây Stator xếp theo cặp đối xứng qua tâm Rotor nam châm vĩnh cửu có nhiều Động bước hoạt động sở lý thuyết điện - từ trường : cực dấu đẩy cực khác dấu hút Chiều quay xác định từ trường Stator, mà từ trường dòng điện chạy qua lõi cuộn dây gây nên Khi hướng dịng thay đổi cực từ trường thay đổi theo, gây nên chuyển động ngược lại động (đảo chiều) Hình 3.3: Bên động bước Động bước làm việc nhờ chuyển mạch điện tử đưa tín hiệu điều khiển vào Stator theo thứ tự định tần số định Tổng số góc quay Rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, chiều quay tốc độ quay Rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi tần số chuyển đổi Nếu xét phương diện dòng điện, xung điện áp đặt vào cuộn dây Stator (phần ứng) động bước, Rotor (phần cảm) động quay góc định, góc bước quay động Ở ta định nghĩa góc bước (Step Angle) độ quay nhỏ bước nhà sản xuất quy định 24 Khi xung điện áp đặt vào cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục Rotor quay liên tục (thực chất chuyển động theo bước rời rạc) Hình3.4 : Cấu tạo động bước Theo phương diện khác, coi động bước linh kiện (hay thiết bị) số (Digital Device) mà thơng tin số hố thiết lập Hình 3.5 :Cấu tạo động bước Theo phương diện khác, coi động bước linh kiện (hay thiết bị) số (Digital Device) mà thơng tin số hố thiết lập chuyển thành chuyển động quay theo bước Động bước thực trung thành lệnh số hố mà máy tính u cầu Hình3.6 : Một xung tương ứng với bước rơto (1 xung – bước) 25 Hình 3.7: Mơ tả tương quan trình điện trình động bước 3.2.3 Cơ sở phần tử chuyển đổi điện từ Trong cấu điện từ chấp hành nam châm điện phận chủ yếu Nó sinh lực điện từ cần thiết cho cấu làm việc Trong cấu điện từ, NCĐ chiều dùng phổ biến lý sau : Làm việc không rung, ồn, Fđt = const Khơng có tổn hao sắt từ, Dịng điện khơng phụ thuộc vào khe hở KK Có thể dùng nguồn ắc quy để dự phòng điện, Fđt lớn gấp lần mạch từ xc kích thước Tồn lớn NCĐ chiều lượng từ tích lũy cuộn dây lớn, nên cắt dễ gây điện áp cao làm hỏng cách điện thiết bị điện Mặt khác hồ quang điện chiều khó dập tắt hơn, ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị đóng cắt 3.2.4 Các dạng kết cấu thông số đặc trưng phần tử chuyển đổi điện từ Có nhiều dạng cấu điện từ chấp hành với chức khác nhau, sau đề cập đến số loại thông dụng : Nam châm điện nâng hạ Hình 3.8: Cuộn dây, Mạch từ, Cực từ giữa, Móc hàng, Tấm đệm phi từ tính, Cực từ 26 Nam châm điện nâng hạ nam châm điện chiều có cuộn dây mạch từ tĩnh Nắp hàng hóa cần bốc dỡ Khi đưa điện vào cuộn dây, lực điện từ hút giữ chặt hàng hóa cực từ Sau chuyển dịch đến chỗ cần thiết, cần cắt điện cuộn dây dỡ xong Những đặc điểm NCĐ nâng hạ: Móc hàng khơng cần người, dây buộc, Bốc dỡ hàng hóa điều khiển từ xa, Có thể vận chuyển hàng hóa trạng thái nóng, Tải trọng có ích phụ thuộc kích thước hàng hóa, Fđt phụ thuộc vào bề mặt hàng hóa, Mắc ắc quy song song với nguồn điện, TBĐ đóng cắt nặng nề Van điện từ Van điện từ dùng để đóng, mở ống dẫn chất lỏng chất khí cách đóng cắt điện vào cuộn dây Hình : 3.9:1 Dây quấn Mạch từ Phần ứng (nắp) 4.Phốt chặn 5.Lò xo chịu nén 6.Van 7.Thành ống dẫn 27 Phanh hãm điện từ Phanh hãm điện từ cấu điện từ chấp hành dùng để hãm thiết bị quay Nó phận khơng thể thiếu thang máy, cần cẩu Ngồi chức hãm, cịn dùng để đo moment động điện Hình : 1.Cuộn dây 2.Mạch từ 4.Phần ứng (nắp) 5.Lò xo chịu kéo 6.Má phanh 7.Bánh đà 8.Trục quay Hình 3.10: 1.Cuộn dây, 2.Mạch từ, 3.Phần ứng, 4.Lò xo, 5.Đai phanh, 6.Bánh đà, 7.Trục quay 28 3.3 Cơ cấu chấp hành thủy khí 3.3.1 Ưu nhược điểm cấu chấp hành thuỷ lực, điện, khí nén Ưu Điểm: Tính đồng lượng phần điều khiển chấp hành nên bảo dưỡng, sửa chữa, tổ chức kỹ thuật đơn giản, thuận tiện Không yêu cầu cao đặc tính kĩ thuật nguồn lượng: – 8Bar Khả tải động khí Độ tin cậy cao, trục trặc kĩ thuật Tuổi thọ lớn Tính đồng lượng cấu chấp hành phần tử chức báo hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc điều kiện dễ nổ, đảm bảo môi trường làm việc vệ sinh Có khả truyền tải lượng xa, độ nhớt động học khí nén nhỏ tổn thất áp suất đường dẫn thấp Do trọng lượng phần tử hệ thống điều khiển khí nén nhỏ, khả giãn nở áp suất khí lớn, nên truyền động đạt vận tốc cao Nhược Điểm: Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử Khả lập trình cồng kềnh so với điện tử, điều khiển theo chương trình có sẵn khả điều khiển phức tạp Khả tích hợp hệ điều khiển phức tạp cồng kềnh Lực truyền tải trọng thấp Dịng khí nén đưỡng dẫn gây tiếng ồn Khơng điều khiển q trình trung gian ngưỡng 3.3.2 Các dạng kết cấu đặc biệt cấu chấp hành thủy lực Xylanh thủy lực: Căn vào cấu tạo ta có Xylanh hoạt động chiều Xylanh hoạt động hai chiều Xylanh hoạt động chiều: 29 Xylanh hoạt động hai chiều: Motor thủy lực: Motor thủy lực cấu chấp hành biến dòng thủy lực áp suất cao thành chuyển động quay Có cấu tạo tương tự bơm thủy lực Điểm khác động thủy lực bơm thủy lực bơm thủy lực biến thành lượng dòng thủy lực, động thủy lực biến lượng dịng thủy lực thành Hình 3.10: Động thủy lực 30 3.3.3 Các dạng kết cấu đặc biệt cấu chấp hành khí nén Cơ cấu chấp hành khí nén bao gồm xilanh khí nén, động nén, giác hút Hình3.11 : Cơ cấu chấp hành hệ thống khí nén 3.4 Các loại cấu chấp hành đặc biệt 3.4.1 Tổng quan Các chi tiết thường đóng vai trị hệ thống thiết bị, ngồi việc thể kết cấu hình dáng sở sản phẩm, khung lắp ráp cho thành phần chi tiết khác, làm vật liên kết, vật trung gian ghép nối v.v chi tiết khí thường sử dụng hệ kích tuyền động ( cấu chấp hành) Hệ thống khí cịn có thuật ngữ gọi "máy móc" theo nghĩa khí truyền thống, sử dụng để truyền thay đổi hoạt động cảu lực momen để thực công hữu ích " Máy móc " định nghĩa hệ thống thành phần, xếp để truyền chuyển động lượng từ dạng sang dạng theo yêu cầu, cấu trích truyền động (actuator) định nghĩa hệ thống thành phần, xếp để truyền động theo yêu cầu, cấu kích động tương tự máy móc mục đích yêu cầu để tạo chuyển động xảy máy móc 3.4.2 Các dạng kết cấu thông số đặc trưng cấu chấp hành Các cấu truyền động khí chuyển động thẳng thông thường hoạt động cách chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động thẳng Việc chuyển đổi thường thực thông qua vài loại cấu đơn giản: Trục vít: tất cấu chấp hành vít me, kích vít, vít me bi trục vít lăn hoạt động nguyên tắc máy đơn giảnđược gọi trục vít 31 Bằng cách xoay ốc vít thiết bị truyền động này, trục vít di chuyển theo đường thẳng Bánh xe trục: cấu chấp hành Palăng, tời, bánh răng, truyền động xích, xích đứng dây cua-roa đứnghoạt động dựa nguyên lý bánh xe trục Một bánh xe quay làm cáp, răng, xích chuyển động theo, tạo chuyển động thẳng Cam: cấu chấp hành Cam hoạt động dựa nguyên tắc tương tự nêm, hỗ trợ cho hành trình tương đối bị hạn chế Khi cam hình giống bánh xe quay, hình dạng khác thường dùng để sinh lực đỡ đáy trục Một số thiết bị truyền động khí theo chuyển động thẳng kéo, chẳng hạn cần trục, xích dây cua-roa Những thiết bị khác đẩy (chẳng hạn thiết bị truyền động cam) Các xy lanh Khí nén thủy lực, ví me thiết kế để tạo lực hai hướng Các thiết bị truyền động khí thường chuyển đổi chuyển động quay núm tay cầm điều khiển thành chuyển động thẳng thơng qua ốc vít và/hoặc bánh mà núm tay cầm gắn vào Một kích vít kích xe thiết bị truyền động khí quen thuộc Một họ thiết bị truyền động khác dựa trục phân đoạn (segmented spindle) Chuyển động quay cần tay cầm (handle) kích chuyển đổi khí thành chuyển động thẳng đầu kích Các thiết bị truyền động khí thường sử dụng lĩnh vực laser quang học để thao tác vị trí cần chuyển động thẳng, chuyển động quay, dụng cụ giữ gương, máy đo gócvà dụng cụ định vị khác Để định vị trí xác lặp lại, đánh dấu số sử dụng nút điều khiển Một số thiết bị truyền động bao gồm mã hóa (encoder) thiết bị đọc vị trí kỹ thuật số Điều tương tự nút bấm điều chỉnh sử dụng thước đo micromet ngoại trừ mục đích chúng điều chỉnh vị trí khơng phải đo vị trí 3.4.3 Động servo Động servo thiết bị điều khiển chu trình kín Từ tín hiệu hồi tiếp vận tốc/vị trí, hệ thống điều khiển số điều khiển họat động động servo Với lý nêu nên sensor đo vị trí tốc độ phận cần thiết phải tích hợp cho động servo Đặc tính vận hành động servo phụ thuộc nhiều vào đặc tính từ phương pháp điều khiển động servo Có loại động servo sử dụng động servo AC dựa tảng động AC lồng sóc; 32 Động servo DC dựa tảng động DC; động servo AC không chổi than dựa tảng động không đồng Động Servo động điện thiết kế cho hệ thống điều khiển có hồi tiếp vịng kín.Tín hiệu động nối với mạch điều khiển.Khi động quay, vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển Động DC động bước vốn hệ hồi tiếp vòng hở-ta cấp điện để động quay chúng quay ta khơng biết,kể với động bước động quay góc xác định tùy vào số xung nhận Việc thiết lập hệ thống điều khiển để xác định ngăn cản chuyển động quay động làm động không quay dễ dàng Mặt khác, động servo thiết kế cho hệ thống hồi tiếp vịng kín Tín hiệu động nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển Nếu có bầt kỳ lý ngăn cản chuyển động quay động cơ, cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu chưa đạt vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt điểm xác Động servo có nhiều kiểu dáng kích thước, sử dụng nhiếu máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển máy tính mơ hình máy bay xe Ứng dụng động servo robot, loại với động dùng mơ hình máy bay xe Các động servo điều khiển liên lạc vô tuyến gọi động servo R/C (radio-controlled) Trong thực tế, thân động servo điều khiển vơ tuyến, nối với máy thu vô tuyến máy bay hay xe Động servo nhận tín hiệu từ máy thu Như có nghĩa ta khơng cần phải điều khiển robot tín hiệu vơ tuyến cách sử dụng động servo, trừ ta muốn Ta điều khiển động servo máy tính, vi xử lý hay chí mạch điện tử đơn giản dùng IC 555 Hình3.12 : Động servo 33 ... 11 2 .1 Kỹ thuật điều khiển 11 2.2 Giới thiệu mạch điều chỉnh 19 Chương 3: Cơ cấu chấp hành 22 3 .1 Kết cấu phương thức làm việc cấu chấp hành 22 3.2 Cơ cấu chấp hành... trúc hệ thống điện tử; - Chủ động sáng tạo học tập 1. 1 Khái niệm điện tử Cơ điện tử ( Mechatronics) đời kết tất yếu phát triển công nghệ đại Cơ điện tử hình thành cơng nghệ cao, thơng minh,... phải học môn học, mô đun kỹ thuật sở - Tính chất: Là mơ đun bắt buộc chương trình đào tạo nghề Cơ điện tử II MỤC TIÊU CỦA MƠ ĐUN - Giải thích Cơ điện tử - Giải thích yếu tố thành phần hệ thống