Giáo trình CAD trong kỹ thuật điện - Quyền Huy Ánh

PGS TS QUYỀN HUY ÁNH GIÁO TRÌNH CAD TRONG KỸ THUẬT ĐIỆN NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH PGS.TS Quyền Huy Ánh Giáo Trình CAD Trong Kỹ Thuật Điện GIỚI THIỆU Ngày nay, thiết kế với trợ giúp máy tính (CAD-Computer Aided Design) kỹ thuật kỹ thiếu người làm công tác thiết kế nhiều lãnh vực sống Với CAD, người thiết kế nâng cao chất lượng dự án thiết kế, đồng thời giảm chi phí nhân lực mà tài vật lực CAD công cụ thiết kế hiệu nhà thiết kế, công ty thiết kế cấp cao chuyên nghiệp Đối với sinh viên, kỹ sư ngành kỹ thuật điện, trang bị kiến thức chuyên ngành vững có kỹ sử dụng máy tính tốt điều thuận lợi để tiếp cận với kỹ thuật CAD Giáo trình CAD Kỹ thuật điện biên soạn nhằm trang bị cho sinh viên khối ngành Công nghệ khối ngành Kỹ thuật gồm ngành: Kỹ thuật điện, Điện công nghiệp, Điện-Điện tử,… kiến thức CAD, cách sử dụng khai thác phần mềm từ đơn giản đến chuyên nghiệp lãnh vực kỹ thuật điện Giáo trình sử dụng làm tài liệu hổ trợ cho sinh viên việc thực đồ án tốt nghiệp, đồ án môn học, hổ trợ cho kiến trúc sư, kỹ sư xây dựng, chuyên viên tư vấn thiết kế muốn bổ xung kiến thức thiết kế hệ thống cấp điện, hệ thống chiếu sáng, hệ thống chống sét hệ thống nối đất với trợ giúp CAD Giáo trình trình bày kiến thức chuyên ngành vận dụng tính toán, thiết kế kỹ sử dụng phần mềm CAD tương ứng Nội dung bao gồm chương phụ lục:  Chương Tổng quan CAD: cung cấp khái niệm chung, khả năng, sơ đồ cấu trúc CAD, hướng dẫn cách lựa chọn phần mềm CAD số vấn đề cần quan tâm khai thác sử dụng phần mềm CAD  Chương Phần mềm thiết kế mạng phân phối điện ECODIAL: trình bày phương pháp tính toán sử dụng phần mềm ECODIAL, lưu đồ thiết kế, cách khai thác sử dụng phần mềm ECODIAL ví dụ minh hoạ  Chương Phần mềm nối đất GEM: giới thiệu phần mềm GEM, phương pháp tính toán nối đất sử dụng phần mềm GEM, lưu đồ thiết kế, cách khai thác sử dụng phần mềm GEM ví dụ minh hoạ  Chương Phần mềm thiết kế chống sét BENJI: giới thiệu phần mềm BENJI, phương pháp tính toán sử dụng phần mềm BENJI, lưu đồ thiết kế, cách khai thác, sử dụng phần mềm BENJI ví dụ minh hoạ  Chương Phần mềm thiết kế chiếu sáng VISUAL: giới thiệu phần mềm VISUAL, phương pháp tính toán sử dụng phần mềm VISUAL, lưu đồ thiết kế, cách khai thác, sử dụng phần mềm VISUAL ví dụ minh hoạ  Chương Phần mềm vẽ kỹ thuật Microsoft Office Visio: giới thiệu phần mềm Microsoft Office Visual, lưu đồ bước thực hiện, cách khai thác, sử dụng phần mềm Microsoft Office Visual ví dụ minh hoạ Giới thiệu Giáo Trình CAD Trong Kỹ Thuật Điện PGS.TS Quyền Huy Ánh  Chương Giới thiệu số phần mềm CAD chuyên nghiệp : giới thiệu phần mềm CAD chuyên nghiệp thiết kế mô lãnh vực kỹ thuật điện như: DOCWin, MELSHORT2, VISUAL Professional Edition, CalcuLux, LUXICON, AGI32, Ulysee, OrCAD, Matlab AutoCAD  Chương Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng khí: hướng dẫn sử dụng phần mềm CAD để thiết kế hoàn chỉnh dự án thiết kế cung cấp điện cho mạng phân phối trung áp hạ áp cho phân xưởng khí cách thức lập báo cáo thiết kế cần thiết Phụ lục 1: Giới thiệu vẽ thiết kế mặt bằng, động lực, chiếu sáng, chống sét, nối đất; sơ đồ nguyên lý phân phối điện, sơ đồ nguyên lý chiếu sáng; vẽ tủ phân phối chính, tủ phân phối phụ,… Phụ lục 2: Trình bày catalog kỹ thuật thiết bị lựa chọn dự án thiết kế cung cấp điện thực chương catalog: máy biến áp, máy phát dự phòng, thiết bị đóng cắt bảo vệ, tủ điện, tụ bù thiết bị điều khiển tụ bù, thiết bị chiếu sáng, chống sét van trung áp, máy biến dòng điện, máy biến điện áp, đồng hồ điện kế, thiết bị chống sét nối đất Tất catalog nêu trình bày dạng song ngữ Anh-Việt, nhằm tạo điều kiện cho bạn đọc làm quen với thuật ngữ chuyên ngành kỹ thuật điện, nâng cao vốn từ tiếng Anh kỹ thuật thuận lợi công tác tham khảo tra cứu thực tế sau Giáo trình PGS.TS Quyền Huy Ánh biên soạn theo phân công Bộ môn Điện công nghiệp - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, sở tham khảo tài liệu CAD, tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm hãng nước như: Schneider Electric Company, Erico International Corp., ABB, Mitsubishi Electric Company, Lithonia Lighting, Philips Lighting, Cooper Lighting, AGI32, Schreùder Group GIE, Cadence Inc., The Matworks Inc., Autodesk,…, sách giáo trình số tác giả nước Tác giả chân thành cảm ơn đóng góp ý kiến q báu giảng viên Khoa Điện đặc biệt giảng viên thuộc Bộ môn Điện công nghiệp - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh để giáo trình mang tính đại, hội nhập, sát thực tế hữu dụng Mọi ý kiến đóng góp xin gởi Bộ môn Điện công nghiệp - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh theo địa chỉ: 01 Võ Văn Ngân, Quận Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh, Tel: 08-8972455, Email: anhqh@hcmute.edu.vn hay anhspkt@yahoo.com Giới thiệu PGS.TS Quyền Huy Ánh Giáo Trình CAD Trong Kỹ Thuật Điện CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CAD 1.1 KHÁI NIỆM VỀ CAD Thiết kế Thiết kế trình lặp bao gồm bước sau:  Phát nhu cầu: nhu cầu vấn đề xem xét, khắc phục, bổ sung vấn đề hay đối tượng có sản phẩm đáp ứng nhu cầu người sử dụng  Xác định yêu cầu: bước xác định đặc tính, chức năng, chất lượng giá thành sản phẩm  Tổng hợp phân tích: hai bước liên quan mật thiết với có tính lặp cao trình thiết kế, đạt phương án thiết kế tối ưu sản phẩm có xem xét điều kiện ràng buộc thực tế Thiết kế tối ưu dựa sở xem xét giá trị hàm mục tiêu Trong trường hợp có mục tiêu gọi thiết kế tối ưu đơn mục tiêu, ngược lại gọi thiết kế tối ưu đa mục tiêu  Đánh giá: việc đánh giá sản phẩm thiết kế thường tiến hành theo phương thức thực mẫu ban đầu để xem xét đánh giá chức vận hành, đặc tính kỹ thuật, chất lượng, độ tin cậy tiêu khác Hiện nay, với trình độ phát triển công nghệ phần mềm khả thực thi ngày cao phần cứng máy tính, việc đánh giá sản phẩm thực nhờ kỹ thuật mô hình hoá mô nhằm giảm chi phí rút ngắn thời gian đánh giá  Thể hiện: bước thiết lập vẽ, báo cáo, thuyết minh, liệt kê chi tiết thành phần… Lưu đồ bước thiết kế trình bày Hình 1.1 Như trình bày trên, trình thiết kế trình lặp phức tạp lại đòi hỏi chất lượng, độ tin cậy cao, thời gian hoàn thành dự án có giới hạn Điều gây không khó khăn cho nhà thiết kế thiếu kinh nghiệm thật thử thách nhà thiết kế nhiều kinh nghiệm phải thực dự án thiết kế qui mô lớn phức tạp Chính vậy, tham gia máy tính vào trình thiết kế điều hiển nhiên nhằm mục đích giảm chi phí lao động thời gian, đồng thời nâng cao hiệu suất chất lượng thiết kế cách rõ rệt Chương Giáo Trình CAD Trong Kỹ Thuật Điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Phát nhu cầu Xác định vấn đề Tổng hợp Phân tích tối ưu hoá Đánh giá Thể Hình 1.1 Lưu đồ thiết kế Thiết kế với hỗ trợ máy tính (CAD- Computer Aided Design) CAD hình thức sử dụng phần mềm chuyên dụng phần cứng để tạo dự án thiết kế hoàn chỉnh sử dụng kiến trúc, dân sự, kỹ thuật, khí lónh vực khác Vào thập niên 80, CAD nhanh chóng đưa vào thiết kế kỹ thuật để nâng cao hiệu suất trình phát triển sản phẩm CAD làm thay đổi rõ rệt công việc thiết kế có nhiều lợi điểm như: gia tăng hiệu suất kỹ thuật, nâng cao chất lượng thiết kế, giảm thời lượng thiết kế, hạn chế lỗi sản xuất, dễ dàng trao đổi liệu thông tin,… CAD sử dụng theo năm mức khác nhau:  Hỗ trợ máy tính phác thảo;  Hỗ trợ máy tính thiết kế mà hệ thống giúp trình thiết kế sáng tạo;  Hỗ trợ máy tính kỹ thuật mà sở liệu sử dụng cho phân tích kỹ thuật;  Hỗ trợ máy tính thiết kế sản xuất mà yêu cầu sản sinh công cụ máy hỗ trợ tiềm kỹ thuật;  Sản xuất tích hợp máy tính mà sở liệu sử dụng để sản xuất, kế hoạch hoá điều khiển sản xuất Chương PGS.TS Quyền Huy Ánh Giáo Trình CAD Trong Kỹ Thuật Điện Khi hệ thống CAD sử dụng mức cao hơn, thích ứng mặt tổ chức phải nâng cao Năm yếu tố liên quan mặt tổ chức cần quan tâm là:  Kỹ người sử dụng;  Các thủ tục tổ chức;  Cấu trúc tổ chức;  Chiến lược tổ chức;  Văn hoá Các yếu tố cần khai thác để hỗ trợ công nghệ CAD mức mà CAD sử dụng Việc sử dụng CAD đem đến thuận lợi sau: Tăng suất thiết kế người thiết kế  Hiển thị hoá dự án thiết kế thành phần hình máy tính;  Giảm thời gian phân tích, tổng hợp, lập hồ sơ, báo cáo tư liệu thiết kế;  Hạ chi phí giảm thời gian thiết kế Nâng cao chất lượng thiết kế  Cho phép phân tích dự án thiết kế cách toàn diện thấu đáo;  Đưa nhiều phương án để phân tích, so sánh;  Giảm sai sót nâng cao độ xác thiết kế Cải thiện nâng cao điều kiện trao đổi thông tin  Tạo vẽ có chất lượng cao so với thiết kế truyền thống;  Các vẽ hệ thống hoá tiêu chuẩn hoá;  Chất lượng hồ sơ tư liệu thiết kế nâng cao Tạo sở liệu máy tính để phục vụ cho chế tạo sản xuất Cơ sở liệu bao gồm sơ đồ, vẽ, chủng loại đặc tính thiết bị, nguyên vật liệu,… lưu giữ nhớ máy tính tạo thuận lợi cho việc khai thác phục vụ chế tạo sản xuất Thoạt đầu, phần mềm CAD viết ngôn ngữ máy tính Fortran Nhưng với phát triển ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng (như ngôn ngữ C ví dụ), phần mềm CAD có biến đổi nhanh chóng để tạo tiện ích cho người sử dụng phần mềm CAD có giao diện người sử dụng dạng đồ hoạ (GUIGraphical User Interface) Ngày nay, hầu hết phần mềm CAD sử dụng với hệ điều hành Windows, vài phần mềm CAD sử dụng với hệ điều hành Unix hay Linux Một số phần mềm CAD Qcad hay NX lại sử dụng với nhiều hệ điều hành Windows, Linux, Unix Mac OSX Thường phần mềm CAD không yêu cầu Chương Giáo Trình CAD Trong Kỹ Thuật Điện PGS.TS Quyền Huy Ánh cấu hình phần cứng máy tính đặc biệt, ngoại trừ phần mềm CAD chuyên dùng OpenGL làm việc sở card đồ hoạ Tuy nhiên, phần mềm CAD phức tạp thường yêu cầu máy tính có tốc độ xử lý cao, nhớ RAM lớn Giao tiếp người máy tính thường thông qua chuột máy tính, bút bảng đồ hoạ số hoá CAD du nhập vào Việt Nam vào năm 90, tạo đổi công nghệ thiết kế CAD có khả giúp chuẩn bị nhanh xác dự án thiết kế, cho phép thay đổi dự án cách dễ dàng với ảnh hưởng nhỏ Trong nhiều năm gần đây, nhà thiết kế sử dụng công cụ CAD để thực công việc thiết kế cách sáng tạo nhanh chóng Ngày nay, sức ép thị trường, nhà cung cấp phải thay đổi mẫu mã nâng cao chất lượng thiết kế đưa sản phẩm thị trường nhanh hơn, việc sử dụng CAD trở thành đương nhiên học tập lao động nước phát triển Nhiều quan giáo dục sử dụng CAD phần chương trình họ, kiến thức CAD trở nên quan trọng tất ngành có liên quan đến lónh vực thiết kế đồ họa 1.2 LĨNH VỰC CỦA CAD CAD sử dụng để thiết kế phát triển sản phẩm/dự án, thiết kế sử dụng để tạo sản phẩm/dự án cho người sử dụng thiết kế trung gian cho sản phẩm/dự án khác CAD sử dụng rộng rãi thiết kế dự án, thiết bị máy móc sản xuất CAD sử dụng nhiều trình kỹ thuật từ thiết kế, trình bày ý tưởng, phân tích kỹ thuật chi tiết thành phần để xác định phương pháp sản xuất Hoàn thành Bắt đầu Tổng hợp Yêu cầu Thực Phù hợp ? Sửa đổi Phân tích Thiết kế ban đầu Hình 1.2 Qui trình thiết kế với CAD Trong bước nêu trên, tham gia máy tính vào lưu trình thiết kế thể rõ rệt bước sau: Chương PGS.TS Quyền Huy Ánh Giáo Trình CAD Trong Kỹ Thuật Điện Bước tổng hợp: thực việc mô hình hoá hình học Điều cho phép hình dáng hình học đối tượng hiển thị thao tác hình máy tính thông qua chương trình đồ hoạ Mô hình hoá hình học thể dạng:  Mô hình khung dây: dạng để thể đối tượng hay vật thể Vật thể hiển thị hình nét liền liên kết với Có ba loại mô hình khung dây: 2D hay đồ hoạ hai chiều thể đối tượng hai chiều, 2D thể đối tượng đơn giản ba chiều hình trụ, hình lập phương, 3D hay đồ hoạ ba chiều thể đối tượng ba chiều phức tạp  Mô hình đặc: cách thể tốt vật thể ba chiều Hình dáng hình học đặc gọi nguyên thể để dựng nên đối tượng  Mô hình đồ hoạ màu: nhờ có màu mà hình ảnh hình mang nhiều nội dung thông tin Nó giúp cho chi tiết vẽ lắp trở nên dễ phân biệt, làm bật phận nhiều lợi ích khác Bước phân tích: dự án thiết kế kỹ thuật đòi hỏi phải giải vấn đề phương pháp phân tích kỹ thuật Máy tính trợ giúp thực nhiệm vụ cách nhanh chóng hiệu Thường CAD thực phân tích kỹ thuật sau:  Phân tích thuộc tính giá trị, khối lượng,…: cường độ, điện áp, công suất, diện tích, trọng lượng, thể tích,…  Phân tích phần tử hữu hạn: với kỹ thuật vật thể chia thành nhiều phần tử với số lượng hữu hạn tùy ý Mỗi phần tử ô hình chữ nhật hay tam giác, tất tạo nên mạng lưới gồm nút Nhiều phần mềm CAD có khả tự phân chia nút, xác định cấu trúc mạng lưới toàn vật thể, người sử dụng cần nhập số thông số cần thiết cho mô hình phần tử hữu hạn, phần mềm CAD thực công việc tính toán Đầu toán phân tích phần tử hữu hạn thường thể dạng đồ hoạ hình máy tính để người sử dụng dễ quan sát  Các phân tích chuyên dùng khác tùy theo toán mà phần mềm CAD phải trợ giúp người sử dụng theo mục đích cụ thể Bước sửa đổi: Để định có cần thiết phải thực sửa đổi hay không, phần mềm CAD thực đánh giá sản phẩm hay phương án thiết kế theo tiêu kinh tế kỹ thuật đề ban đầu Phương pháp đánh giá tiên tiến thực mô tónh, mô động (mô hoạt hình) sản phẩm thiết để có liệu đánh giá toàn diện Nếu phát điểm chưa phù hợp cần thiết phải thực bước sửa đổi để hoàn thiện sản phẩm thiết kế Quá trình chỉnh sửa thực tự động, bán tự động hay tay theo yêu cầu cụ thể người thiết kế Bước hoàn thành: bước này, phần mềm CAD thực vẽ tự động vẽ, lập báo cáo, thống kê, liệu phục vụ chế tạo sản xuất Một số Chương Giáo Trình CAD Trong Kỹ Thuật Điện PGS.TS Quyền Huy Ánh phần mềm CAD cho phép xuất liệu dạng tập tin với định dạng khai thác sử dụng phần mềm chuyên nghiệp chuyên dùng khác Lónh vực sử dụng phổ biến CAD bao gồm:  Kiến trúc xây dựng  Cơ khí tự động hoá  Kỹ thuật điện điện tử (EDA-Electronic Design Automation) 1.3 KHẢ NĂNG CỦA CAD  Tạo nên dự án thiết kế từ tổng thể đến chi tiết theo ý tưởng người thiết kế;  Phân tích hiệu chỉnh thiết kế cách dễ dàng nhanh chóng;  Có thể sử dụng lại thành phần thiết kế trước cho dự án sau;  Tự động tạo thành phần chuẩn thiết kế;  Cho phép trình bày rõ chi tiết bảng thiết kế;  Thực tính toán liên quan;  Có thể mô thiết kế mà không cần xây dựng mô hình nguyên mẫu;  Xuất liệu kỹ thuật tạo vẽ, liệt kê danh mục thiết bị cần cho thiết kế, thông tin hình học cho phận sản xuất;  Có thể thay đổi thông số đầu vào đầu theo yêu cầu thiết kế;  Những kết tính toán sử dụng trực tiếp để tạo sản phẩm;  Trong thư viện có sẵn công cụ phần tử mẫu giúp cho việc thiết kế vẽ nhanh hơn;  Tính toán yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế;  Thực kiểm tra thiết kế;  Giúp nhìn trực quan hóa hình dạng sản phẩm cần thiết kế;  Mã chương trình điều khiển cài đặt thời gian tính toán xử lý theo yêu cầu công nghệ; 1.4 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC PHẦN MỀM CAD Hình 1.3 trình bày sơ đồ cấu trúc phần mềm CAD Thủ tục thiết kế bắt đầu với việc xác định yêu cầu, kết mong đợi dự án thiết kế, kèm theo thông tin, thông số ban đầu mà người sử dụng có Từ thư viện phần tử, người sử dụng chọn lựa phần tử cần thiết cho hệ thống kết nối chúng theo trật tự định để thành lập sơ đồ cấu trúc hệ thống Thư viện phần tử 10 Chương ... (TT-IT-TNC-TNS); Sử dụng kỹ thuật xếp tầng lựa chọn thiết bị (Yes-No); Sử dụng kỹ thuật bảo vệ chọn lọc chọn thiết bị (Yes-No); 19 Giáo Trình CAD Trong Kỹ Thuật Điện - PGS.TS Quyền Huy Ánh Tiết diện tối... cao chuyên nghiệp Đối với sinh viên, kỹ sư ngành kỹ thuật điện, trang bị kiến thức chuyên ngành vững có kỹ sử dụng máy tính tốt điều thuận lợi để tiếp cận với kỹ thuật CAD Giáo trình CAD Kỹ thuật. .. thiệu Giáo Trình CAD Trong Kỹ Thuật Điện PGS.TS Quyền Huy Ánh  Chương Giới thiệu số phần mềm CAD chuyên nghiệp : giới thiệu phần mềm CAD chuyên nghiệp thiết kế mô lãnh vực kỹ thuật điện như: DOCWin,