Trong những năm gần đây ngành Cơ Điện tử có những bước phát triển vượt bậc, việc ứng dụng các sản phẩm cơ điện tử vào sản xuất ngày càng phổ biến giúp nâng cao năng suất lao động, chất lượng sản phẩm và giảm giá thành sản phẩm. Song song với quá trình phát triển đó là yêu cầu ngày càng cao về độ chính xác, tin cậy, khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt với thời gian dài của các hệ thống cơ điện tử. Vì vậy việc nghiên cứu và thiết kế các hệ thống cơ điện tử để đáp ứng được yêu cầu trên là việc làm cần thiết. Sự phát triển của hệ thống cơ điện tử là sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới. Học phần Thiết kế hệ thống Cơ Điện tử được đưa vào giảng dạy với mục đích giúp sinh viên có kiến thức và tư duy trong việc lập kế hoạch công việc theo trình tự hợp lý để có thể thiết kế được một hệ thống cơ điện tử hoạt động ổn định, tối ưu và hiệu quả. Học phần cũng rèn luyện cho sinh viên khả năng tư duy hệ thống, kỹ năng làm việc nhóm và kiến thức về nhiều mảng khác nhau, giúp ích cho học tập và công việc sau này. Trong bài tập lớn môn với đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử “Lò vi sóng”, nhóm sinh viên chúng em xin trình bày một cách cụ thể về quá trình nghiên cứu tìm hiểu và xây dựng, thiết kế mô hình hệ thống. Thông qua đó có thể áp dụng những kiến thức này vào các bài nghiên cứu khoa học hay vào đồ án tốt nghiệp chuyên ngành khi ra trường. Để bài báo cáo được hoàn thiện hơn, nhóm chúng em hi vọng nhận được những góp ý từ phía các thầy cô. Qua đây, chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến Th.S Nhữ Quý Thơ đã nhiệt tình hướng dẫn cho chúng em. Xin gửi lời chúc sức khỏe đến tất cả các quý Thầy Cô
Trang 1BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ
- -
BÀI TẬP LỚN
HỌC PHẦN: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ LÒ VI SÓNG
Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện:
Trang 2MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
DANH MỤC HÌNH ẢNH 2
DANH MỤC BẢNG BIỂU 2
LỜI NĨI ĐẦU 3
CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 4
1.1 Nhu cầu thị trường 4
1.2 Phân loại lị vi sóng 4
1.3 Cơng dụng lị vi sóng trong đời sống xã hội 5
1.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lị vi sóng cơ bản 7
1.5 Thiết lập danh sách yêu cầu 8
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SƠ BỘ 11
2.1 Tóm tắt xác định các vấn đề cơ bản 11
2.2 Thiết lập cấu trúc chức năng 13
2.2.1 Chức năng tổng thể 13
2.2.2 Chức năng con 15
2.2.3 Tìm kiếm nguyên tắc làm việc 18
2.2.4 Kết hợp các nguyên tắc làm việc 21 2.2.5 Tổng hợp và đánh giá các tiêu chí 22 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CỤ THỂ 27 3.1 Thiết kế sơ bộ 27 3.1.1 Tạo sơ đồ hệ thống 27 3.1.2 Tạo nhóm chức năng 28
3.1.3 Xác lập các layout thô - xác định các bộ thực hiện chức năng chính 29
3.1.4 Bản vẽ lắp kết cấu cơ khí lị vi sóng 32
3.2 Thiết kế chi tiết 32
3.2.1 Thiết kế khung vỏ 32
3.2.2 Lựa chọn động cơ quay trong lị vi sóng 34
3.2.3 Lựa chọn đĩa quay 34
3.2.4 Lựa chọn bộ điều khiển 35
3.2.5 Bộ phận tản nhiệt 36
3.2.6 Hiển thị 37
Trang 33.2.8 Biến thế cao áp, tụ cao áp và diode cao áp 39
TỔNG KẾT 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO 42
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 1: Lị vi sóng- vật dụng thiết yếu cho căn bếp của gia đình 4
Hình 3 1: Sơ đồ hệ thống 27
Hình 3 2: Nhóm chức năng 28
Hình 3 3: Bố trí layout thơ cho concept lị vi sóng 29
Hình 3 4: Bố trí layout thơ cho concept lị vi sóng 30
Hình 3 5: Quy trình chế tạo lị vi sóng 31
Hình 3 6: Bản vẽ lắp lị vi sóng 32
Hình 3 7: Vỏ khoang lị vi sóng 33
Hình 3 8: Cửa lị vi sóng 33
Hình 3 9: Tay nắm cửa lị vi sóng 33
Hình 3 10: Kính trong suốt của lị vi sóng 34
Hình 3 11: Động cơ quay đĩa lị vi sóng 220V trục vát 34
Hình 3 12: đĩa thủy tinh lị vi sóng 35
Hình 3 13: Bo mạch Arduino Uno R3 35
Hình 3 14: Motor của quạt tản nhiệt 37
Hình 3 15: Cánh tản nhiệt 37
Hình 3 16: LED 7 đoạn x4 37
Hình 3 17: Bóng cao tần (nguồn phát sóng) 38
Hình 3 18: biến thế cao áp của lị vi sóng 39
Hình 3 19 tụ cao áp của lị vi sóng 40
Hình 3 20 diode cao áp của lị vi sóng 40
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 1: Danh sách u cầu cho sản phẩm lị vi sóng 8
Bảng 2 1: Nguyên tắc làm việc cho từng chức năng của lị vi sóng 18
Bảng 2 2: Điểm đánh giá cho các biến thể 24
Bảng 3 1: Danh sách cụm bộ phận cho nhóm thiết kế 30
Trang 4LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây ngành Cơ Điện tử có những bước phát triển vượt bậc, việc ứng dụng các sản phẩm cơ điện tử vào sản xuất ngày càng phổ biến giúp nâng cao năng suất lao động, chất lượng sản phẩm và giảm giá thành sản phẩm Song song với q trình phát triển đó là yêu cầu ngày càng cao về độ chính xác, tin cậy, khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt với thời gian dài của các hệ thống cơ điện tử Vì vậy việc nghiên cứu và thiết kế các hệ thống cơ điện tử để đáp ứng được yêu cầu trên là việc làm cần thiết Sự phát triển của hệ thống cơ điện tử là sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới
Học phần Thiết kế hệ thống Cơ Điện tử được đưa vào giảng dạy với mục đích giúp sinh viên có kiến thức và tư duy trong việc lập kế hoạch cơng việc theo trình tự hợp lý để có thể thiết kế được một hệ thống cơ điện tử hoạt động ổn định, tối ưu và hiệu quả Học phần cũng rèn luyện cho sinh viên khả năng tư duy hệ thống, kỹ năng làm việc nhóm và kiến thức về nhiều mảng khác nhau, giúp ích cho học tập và công việc sau này Trong bài tập lớn môn với đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử “Lị vi sóng”, nhóm sinh viên chúng em xin trình bày một cách cụ thể về quá trình nghiên cứu tìm hiểu và xây dựng, thiết kế mơ hình hệ thống Thơng qua đó có thể áp dụng những kiến thức này vào các bài nghiên cứu khoa học hay vào đồ án tốt nghiệp chuyên ngành khi ra trường Để bài báo cáo được hồn thiện hơn, nhóm chúng em hi vọng nhận được những góp ý từ phía các thầy cơ Qua đây, chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến Th.S Nhữ Quý Thơ đã nhiệt tình hướng dẫn cho chúng em
Trang 5CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
1.1 Nhu cầu thị trường
Cuộc sống ngày càng phát triển, bởi vậy mà những chiếc lị vi sóng là món đồ điện gia dụng khơng thể thiếu trong mỗi gia đình Tại Việt Nam cũng vậy, nhu cầu mua sắm và sử dụng lị vi sóng ngày càng cao, giúp giảm tải thời gian trong quá trình nấu nướng và giúp hâm nóng đồ ăn chỉ sau vài phút
Lị vi sóng có 2 loại chính, là lị vi sóng điện tử và lị vi sóng cơ Lị vi sóng cơ là loại có nút điều chỉnh cơ học Người dùng sử dụng bằng cách xoay nút điều chỉnh để chọn các chế độ khác nhau như rã đơng, hâm nóng, nấu chín, nướng đồ và lựa chọn thời gian cần thiết Cịn lị vi sóng điện tử là loại sử dụng bàn hình cảm ứng và đèn LED để hiển thị cho các hoạt động của lò cũng như chế độ mà người dùng lựa chọn Bạn có thể thao tác dễ dàng qua màn hình cảm ứng mà khơng cần qua nút điều chỉnh như lị vi sóng cơ
Với các sản phẩm lị vi sóng Trung Quốc, đã qua rồi cái thời kém hiểu biết và mua phải hàng giả, hàng nhái Người tiêu dùng Việt ngày càng có thiện cảm với các sản phẩm của Trung Quốc nội địa, trong đó có cả lị vi sóng Điều này cũng lý giải vì sao, ngày càng có nhiều các hãng lị vi sóng của Trung Quốc xuất hiện trong gian bếp của nhiều gia đình Việt Khơng khó để tìm thấy lị vi sóng của các hãng Galanz, Midea, Bear… trong bếp của nhiều người
Hình 1 1: Lị vi sóng- vật dụng thiết yếu cho căn bếp của gia đình
1.2 Phân loại lị vi sóng
Hiện nay, lị vi sóng trên thị trường được phân ra làm 4 loại thơng dụng nhất: lị cơ, lị tích hợp chức năng nướng, lị điện tử và lị vi sóng âm
Lị vi sóng cơ:
Trang 6Đây là loại lị vi sóng được sử dụng phổ biến nhất trong các gia đình Việt Nam, đặc biệt là tại các gia đình nhiều thế hệ nhờ vào tính tiện ích, dễ sử dụng Có giá thành thấp song độ bền của loại lị này lại được xếp hạng đầu trong số các loại lị vi sóng hiện nay Tuy nhiên, lị vi sóng cơ lại khơng bao gồm các tính năng nấu nướng phức tạp, thời gian hẹn giờ khá ngắn (30-40 phút)
Lị vi sóng điện tử:
Cao cấp hơn lị vi sóng cơ, lị vi sóng được thiết lập các chương trình nấu nướng thơng qua màn hình dạng LED hiện đại cùng hệ thống nút cảm ứng Nhìn chung, ưu điểm của loại lị này là vẻ ngồi sang trọng, tích hợp nhiều tính năng thơng minh (ví dụ như khóa trẻ em) Khi sử dụng lị vi sóng điện tử, người sử dụng có thể cài đặt thời gian dài hơn lị cơ
Với các gia đình có nhu cầu sử dụng cao, hay áp dụng các công thức nấu ăn cầu kỳ, lị vi sóng điện tử sẽ là sự lựa chọn phù hợp nhất Tuy nhiên, cần cân nhắc về đặc điểm khó sử dụng (đối với người lớn tuổi), tuổi thọ thấp, giá thành khá cao của loại lị này
Lị vi sóng tích hợp chức năng nướng:
Đây là loại thiết bị “2 trong 1”, kết hợp cả chức năng của lị vi sóng lẫn lị nướng Loại lị vi sóng này mang những đặc điểm của lị vi sóng điện tử, bên cạnh đó khả năng nấu nướng được nâng cấp lên một bậc nhờ vào tính năng nướng thực phẩm
Lị vi sóng âm:
Khơng tốn diện tích, phù hợp với các căn hộ có khơng gian nhà bếp hạn chế chính là ưu điểm của lị vi sóng âm Lị vi sóng âm vẫn mang đầy đủ các chức năng cần có của một chiếc lị vi sóng thơng thường
1.3 Cơng dụng lị vi sóng trong đời sống xã hội
Hâm nóng và rã đơng:
Chỉ cần tốn vài phút hay thậm chí chỉ vài chục giây cho thức ăn vào lò và bấm nút khởi động là cả nhà bạn sẽ có một bữa ăn nóng sốt trên bàn Đặc biệt là khi hâm nóng bằng lị vi sóng thì thức ăn sẽ không bị mất chất hay biến đổi chất như hâm nóng như bếp gas Nhiều lị cịn tích hợp cả tính năng rã đơng theo trọng lượng phù hợp, cho phép rã đơng các tảng thịt có khối lượng lớn
Trang 7Một số lị vi sóng có tích hợp chế độ nướng/nướng kép giúp thực phẩm được nấu chín tới, thơm ngon mà vẫn giữ nguyên được hàm lượng chất dinh dưỡng bên trong Bạn có thể nướng một số thực phẩm đơn giản như: bánh mì, pizza, sandwich,… bằng chức năng nướng của lị vi sóng nên rất tiện lợi trong q trình sử dụng
Hấp:
Luộc rau thơng thường u cầu bạn phải dùng nồi nước sôi rồi thả rau vào Tuy nhiên, hồn tồn có thể sử dụng lị vi sóng để hấp/luộc rau mà khơng cần dùng nước Cách làm này sẽ giúp rau giữ được nhiều vitamin hơn do hoàn thành trong thời gian ngắn hơn
Cách thức chỉ đơn giản là cho rau lên đĩa, đậy kín lại và để ở nhiệt độ cao Đối với các loại rau mềm như cải bó xơi, nấm, đậu trắng thì chỉ cần bật khoảng 30 giây Tuy nhiên, những loại củ cứng và giòn như củ cải, cà rốt, thì cần từ 3-4 phút
Nấu:
Nấu nhiều giai đoạn, nấu bằng hơi nước
Lị vi sóng có thể nấu được hầu hết các loại thực phẩm mà vẫn đảm bảo được thức ăn chín đều Tùy vào từng loại món ăn mà bạn lựa chọn thời gian và cơng suất thích hợp để nấu
Chức năng nấu nhiều giai đoạn sẽ giúp bạn thực hiện liền mạch 2 hay 3 công đoạn (rã đông/nấu/nướng) mà không cần phải dừng lò lại để điều chỉnh thêm
Nấu bằng hơi nước là chức năng nấu của lị vi sóng cao cấp, thơng thường lị sẽ có thêm 1 khay chứa nước Chỉ cần châm đầy nước vào khay, khi nấu hơi nước được cung cấp vào khoang lò bằng hệ thống thơng hơi đặc biệt Nhờ cách này mà món ăn mềm và ẩm, gần giống như khi hấp thức ăn bằng lị vi sóng, bạn sẽ khơng lo món ăn bị khô hay cháy
Thực đơn nấu tự động:
Trang 8Chức năng vừa vi sóng vừa nướng ở một số loại lị vi sóng giúp thức ăn nhanh chín đều từ bên trong và vàng bên ngồi Khi nấu và nướng bằng hơi nước ở cơng suất cao, mỡ và muối có trong thực phẩm sẽ được loại bỏ tối ưu, mang lại những món ăn giàu dinh dưỡng tốt cho sức khỏe
Công dụng diệt khuẩn và mọt:
Cơng dụng này thì có lẽ sẽ rất ít người biết đến, nhưng các nghiên cứu đã thực hiện cho thấy lị vi sóng có thể diệt khuẩn và mọt trên những vật phi kim loại
1.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò vi sóng cơ bản
Cấu tạo chính:
Buồng nấu lị vi sóng, vỏ máy, vi mạch điều khiển hoặc đồng hồ điều khiển, nguồn phát sóng, biến áp, tụ cao áp, thiết bị bảo vệ, quạt tản nhiệt, đĩa quay lò vi sóng, vỏ lị vi sóng được sơn tĩnh điện
Ngun lý hoạt động:
Khi khởi động lị vi sóng, sóng vi ba là các dao động điện từ với tần số 2450MHz được thổi vào trong buồng nấu qua ống dẫn sóng sau đó quạt tản sóng sẽ làm sóng vi ba trong khoang nấu phản xạ qua lại, thực phẩm trong lị vi sóng được xoay trịn để tiếp nhận đồng đều lượng sóng đó
Trang 91.5 Thiết lập danh sách yêu cầu
Bảng 1 1: Danh sách yêu cầu cho sản phẩm lò vi sóng
Thay
Đổi W D
DANH SÁCH YÊU CẦU CHO LỊ VI SĨNG 23/5/2023
D D D D D D D D D Hình dạng: khối hộp hình chữ nhật
Kích thước bên ngồi: - Chiều cao: 350 mm - Chiều rộng: 550 mm - Chiều sâu: 450 mm Kích thước khoang lị: - Chiều cao: 250mm - Chiều rộng: 350mm - Chiều sâu: 350mm Bàn xoay trong khoang lò:
- Đĩa xoay, đường kính D < 300mm
- Trục xoay 3 chân đường kính phù hợp đĩa xoay W Động lực học - Tốc độ bàn xoay: <10 vòng/ phút W D Khả năng chịu lực: - Khối lượng lò: 10-17 kg D D Vật liệu:
- Vỏ ngồi lị vi sóng: cứng cáp, chịu nhiệt, cách điện
Trang 10D D
- Tấm chắn sóng: lưới kim loại với lỗ lưới <12cm (bước sóng của vi ba)
- Đĩa xoay: tránh vật liệu phản xạ sóng( các vật liệu kim loại)
D D D D D D D D D Tín hiệu: Đầu vào: - Núm xoay vật lý: cài đặt chế độ - Phím chức năng: cài đặt thông số
- Vi điều khiển: tiếp nhận và xử lý dữ liệu cài đặt
- Cảm biến: theo dõi nhiệt độ trong lò Đầu ra:
- Màn hình: hiển thị thơng số cài đặt - Nguồn phát sóng: sinh ra vi ba, thường là
đèn
- Ống dẫn sóng: điều hướng cho chuyển động của các tia vi sóng vào trong khoang lị
- Khối tản nhiệt: đảm bảo cho động cơ khơng q nóng
Hiển thị:
- Hiển thị các thống số khi nấu
D D D D
An toàn:
- Hệ thống: bảo vệ dòng khi quá tải và khi quá nhiệt
- Con người: đảm bảo khỏi rị rỉ điện, nhiệt độ bên ngồi q nóng
- Chỉ hoạt động với mức điện áp thiết kế - Tạm dừng khi mở cửa khoang lò
D D D
Lắp ráp:
- Thời gian lắp ráp: < 2h - Đảm bảo thiết bị cách điện - Bộ phận tản nhiệt
W W
Quản lý chất lượng:
Trang 11D D W
Sản xuất:
- Phương thức sản xuất: sản xuất hàng loạt số lượng lớn
- Chất lượng hoàn thành: tiêu chuẩn về an toàn khi sử dụng - Lãng phí: < 10% vật liệu D D W W Vận hành và bảo trì: - Có chỉ dẫn trên các phím chức năng, núm xoay vật lý và có sách hướng dẫn sử dụng chức năng
- Dễ dàng tháo lắp, vệ sinh và thay thế các bộ phận
- Chính sách bảo hành: 1- 2 năm - Vòng đời sản phẩm: > 3 năm
W
Tái chế:
Trang 12CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ BỘ
2.1 Tóm tắt xác định các vấn đề cơ bản
Giai đoạn 1: Loại bỏ sở thích cá nhân, bỏ qua các yêu cầu không ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng và cá rằng buộc khác
Hình dạng:
Kích thước bên ngồi: • Chiều cao: 350 mm • Chiều rộng: 550 mm • Chiều sâu: 450 mm Kích thước khoang lị: • Chiều cao: 250mm • Chiều rộng: 350mm • Chiều sâu: 350mm
Bàn xoay trong khoang lị phù hợp với kích thước khoang lị Khả năng chịu tải:
• Khối lượng lị: 10-17 kg Tín hiệu:
Đầu vào:
• Núm xoay vật lý: cài đặt chế độ • Phím chức năng: cài đặt thơng số
• Vi điều khiển: tiếp nhận và xử lý dữ liệu cài đặt • Cảm biến: theo dõi nhiệt độ trong lị
Đầu ra:
• Màn hình: hiển thị thơng số cài đặt
• Nguồn phát sóng: sinh ra vi ba, thường là đèn
• Ống dẫn sóng: điều hướng cho chuyển động của các tia vi sóng vào trong khoang lị
• Khối tản nhiệt: đảm bảo cho động cơ không q nóng Hiển thị:
Trang 13• Điện áp vào: 220V • Tần số: 50/60 Hz
• Điện áp ngõ ra: 1000-2000V • Thời gian nấu: <60 phút
• Nhiệt độ tối đa trong lị: 160 độ C Vật liệu:
• Vỏ ngồi lị vi sóng: cứng cáp, chịu nhiệt, cách điện • Khoang lị: cứng cáp, chịu nhiệt, phản xạ sóng
• Tấm chắn sóng: lưới kim loại với lỗ lưới <12cm (bước sóng của vi ba) • Đĩa xoay: tránh vật liệu phản xạ sóng( các vật liệu kim loại)
An tồn:
• Hệ thống: bảo vệ dòng khi quá tải và khi quá nhiệt
• Con người: đảm bảo khỏi rị rỉ điện, nhiệt độ bên ngồi q nóng • Chỉ hoạt động với mức điện áp thiết kế
• Tạm dừng khi mở cửa khoang lị Lắp ráp:
• Thời gian lắp ráp: < 60 phút • Đảm bảo thiết bị cách điện • Bộ phận tản nhiệt
Sản xuất:
• Phương thức sản xuất: sản xuất hàng loạt số lượng lớn • Chất lượng hoàn thành: tiêu chuẩn về an toàn khi sử dụng Vận hành và bảo trì:
• Có chỉ dẫn trên các phím chức năng, núm xoay vật lý và có sách hướng dẫn sử dụng chức năng
Trang 142.2 Thiết lập cấu trúc chức năng
Trang 15XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN Bảo vệ mạch Dừng khẩn cấp Tạo sóng viba Chiếu sáng Báo hiệu khẩn cấp Tản sóng Dẫn sóng HÂM NĨNG THỰC PHẨM Kiểm sốt thời gian Tín hiệu điều khiển Điện năng Tín hiệu hiển thị Tín hiệu khẩn cấp Thực phẩm Thành phẩm Chứa thực phẩm Chuyển đổi điện-cơ Tản nhiệt Thay đổi điện áp
Trang 162.2.2 Chức năng con
Chức năng thay đổi điện áp:
Chức năng bảo vệ mạch:
Chức năng tạo sóng viba:
Trang 17Chức năng chiếu sáng:
Chức năng tản nhiệt:
Trang 18Chức năng đo khối lượng thực phẩm:
Chức năng hiển thị trạng thái hoạt động:
Trang 19Chức năng làm chín:
Trang 202.2.3 Tìm kiếm nguyên tắc làm việc
Bảng 2 1: Nguyên tắc làm việc cho từng chức năng của lị vi sóng
Giải Pháp Chức Năng Con
1 2 3
1
Thay đổi điện áp
Lấy điện 2 chân dẹt 2 chân tròn 3chân dẹt
2 Chuyển đổi Biến áp Lioa Tụ cao áp
3 Truyền tải Dây rời Dây liền
4 Bảo vệ Chống ngắn mạch Mạch bảo vệ Aptomat Cầu chì
5 Ngắt khi quá tải Rơle nhiệt Cảm biến
nhiệt
6
Tạo sóng viba
Tạo sóng Bộ dao động điện từ Máy phát sóng cao tần Bóng cao tần 7 Dẫn sóng Ống dẫn 8 Tản sóng Cánh tản sóng 9 Chức năng quay Chuyển đổi điện - cơ Motor giảm tốc
Trang 2111 Chiếu sáng điện - quang Chuyển đổi LED Đèn huỳnh quang Đèn sợi đốt 12 Tản nhiệt Đo nhiệt độ Cảm biến nhiệt điện trở Nhiệt kế lò 13 Điều chỉnh nhiệt độ Quạt tản nhiệt 14 Thiết lập
Thiết lập Nút nhấn Núm xoay Điều
khiển từ xa
15 Xử lý và điều
khiển PLC Vi điều khiển
16 Hiển thị thời gian Màn hình LED Màn hình LCD 17 Hiển thị nhiệt độ Màn hình LCD Màn hình LED 18
Kiểm sốt khối lượng
Đo khối
lượng Loadcell Cảm biến lực
Cảm biến tải siêu
âm
19 Thiết lập
thời gian Núm xoay Nút nhấn Điềukhiển từ xa
Trang 2222
Báo hiệu khẩn cấp
Phát hiện
quá tải nhiệt Nhiệt kế lò
Cảm biến nhiệt điện trở 23 Phát hiện quá tải khối lượng Loadcell Cảm biến tải quang học Cảm biến tải siêu âm 24 Dừng hoạt động Aptomat Rơle 25 Phát cảnh
báo Màn hình Cịi Loa
26
Làm chín thực phẩm
Thiết lập
chế độ Núm xoay Nút nhấn Điều khiển
27
Chứa thực phẩm
Đĩa thép
chịu nhiệt Đĩa sứ Đĩa
Inox 28 Đóng và ngắt nguồn điện Đóng nguồn Cảm biến đóng mở 12-24V 29 Ngắt nguồn Cảm biến đóng mở 12-24V
30 Cách nhiệt Vật liệu Gốm chịu nhiệt Thủy tinh Nhựa chịu nhiệt
2.2.4 Kết hợp các nguyên tắc làm việc
Trang 23ứng màu đỏ (biến thể 1), màu vàng (biến thể 2) và màu xanh (biến thể 3) Từ đây ta xét tới tính khả thi của các biến thể vừa được tạo ra
Lựa chọn biến thể:
Dựa vào bảng phân loại ta có thể phân ra các nguyên lý làm việc có chung một biến thể: Biến thể 1: (đỏ) 1.1 – 2.3 – 3.1 – 4.2 – 5.1 – 6.1 – 7.1 – 8.1 – 9.1 – 10.1 – 11.2 – 12.1 – 13.1 – 14.1 – 15.2 – 16.1 – 17.2 – 18.1 – 19.1 – 20.1 – 21.1 – 22.2 – 23.1 – 24.1 – 25.1 – 26.2 – 27.1 – 28.1 – 29.1 – 30.1 Biến thể 2: (xanh) 1.2 – 2.2 – 3.2 – 4.2 – 5.1 – 6.3 – 7.1 – 8.1 – 9.1 – 10.1 – 11.3 – 12.2 – 13.1 – 14.3 – 15.1 – 16.2 - 17.1 – 18.3 – 19.2 – 20.2 – 21.2 - 22.1 – 23.2 – 24 1 – 25.3 – 26 1 – 27.3 – 28.1 – 29.1 – 30.2 Biến thể 3: (vàng) 1.3 – 2.1 – 3.1 – 4.1 – 5.2 – 6.2 – 7.1 – 8.1 – 9.1 – 10.1 – 11.1 – 12.1 – 13.1 – 14.2 – 15.1 – 16.1 – 17.2 – 18.2 – 19.3 – 20.1 – 21.1 – 22.1 – 23.3 – 24.2 – 25.2 – 26.3 – 27.2 – 28.1 – 29.1 – 30.3
Để lựa chọn ra được biến thể phù hợp nhất, ta tiến hành xây dựng các tiêu chí để đánh giá và so sánh các biến thể Tuy nhiên độ phức tạp và quan trọng của các tiêu chí để đánh giá là khác nhau, vì thế để có thể bao quát và thấy được mức độ quan trọng của các tiêu chí, ta xây dựng một cây mục tiêu
Trong cây mục tiêu bao gồm những tiêu chí đặt ra cho biến thể Trong các tiêu chí lớn có những tiêu chí nhỏ hơn được đặt ra Số điểm bên trái (w) là độ quan trọng của tiêu chí đó với tiêu chí lớn hơn, số điểm bên phải (wt) là độ quan trọng của tiêu chí đó với tổng thể hệ thống
2.2.5 Tổng hợp và đánh giá các tiêu chí
Trang 27Làm chín thực phẩm Thiêt lập chế độ 0.05 0.02 0.02 0.01 Hiển thị 0.02 0.01 0.01 Chứa thực phẩm 0.02 0.01 0.005 0.005 Báo hiệu khẩn cấp Phát hiện quá tải 0.015 0.01 0.005 Phát hiện quá tải khối
lượng 0.015 0.005 0.005 0.005 Xử lý và điều khiển 0.03 0.02 0.01 Dừng hoạt động 0.01 0.005 0.005 Phát cảnh báo 0.01 0.004 0.003 0.003 Tổng 1 0.583 0.337 0.08
Trang 28CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CỤ THỂ
3.1 Thiết kế sơ bộ
3.1.1 Tạo sơ đồ hệ thống
Trang 293.1.2 Tạo nhóm chức năng
Trang 303.1.3 Xác lập các layout thô - xác định các bộ thực hiện chức năng chính
Đây là một bước quan trọng trong việc thiết kế lớp sản phẩm Từ các khối chức năng tổng hợp được, nhóm thiết kế sẽ tiến hành bố trí hình học cho sản phẩm lị vi sóng bằng việc xây dựng một bản phác thảo biểu thị rõ vị trí hình học tương đối giữa các khối trong sản phẩm sao cho sản phẩm có thể hoạt động, lắp đặt, sửa chữa một cách thuận tiện nhất khi sử dụng
Hình 3 3: Bố trí layout thơ cho concept lị vi sóng
Vỏ lị vi sóng Nguồn điện Bảng điều khiển Quạt tản nhiệt Nguồn phát sóng viba Ống dẫn sóng Cánh tản sóng Đĩa quay
Trang 31Hình 3 4: Bố trí layout thơ cho concept lị vi sóng
Với mỗi nhóm bộ phận thiết kế sẽ có một vài chi tiết chung có tương quan hình học và vị trí khơng với nhau Do vậy, ta sắp xếp cho các nhóm có bộ phận chung cùng thiết kế với nhau Bảng dưới đây thể mô tả một số chức năng và nhiệm vụ đặt ra cho các nhóm thiết kế:
Bảng 3 1: Danh sách cụm bộ phận cho nhóm thiết kế
STT Tên nhóm Bộ phận
1 Nhóm kết cấu bên ngồi
Trang 323 Nhóm điều khiển
Vi điều khiển Màn hình LED Nút nhấn Chng
4 Nhóm tản nhiệt Quạt tản nhiệt
5 Nhóm tạo sóng viba Đèn tạo sóng viba
6 Nhóm dẫn sóng Ống dẫn sóng 7 Nhóm tản sóng Cánh tản sóng 8 Nhóm truyền động Động cơ giảm tốc Đĩa quay Loadcell Vịng quay
Việc thiết kế và định hình sản phẩm địi hỏi qua nhiều khâu và các quy trình khác nhau từ đó đưa ra được sản phẩm hồn thiện đáp ứng nhu cầu thị trường và mục tiêu thiết kế ban đầu Quy trình mơ tả q trình này được thực hiện theo sơ đồ tổng quát như sau:
Trang 333.1.4 Bản vẽ lắp kết cấu cơ khí lị vi sóng
Qua q trình xác định layout sơ bộ bản vẽ lắp lò vi sóng được xây dựng dựa trên bố trí trí khơng gian thiết kế sao cho phù hợp:
Trong không gian khoang nấu bao gồm: đĩa quay bằng thủy tinh tích hợp cùng con lăn ở phía dưới, cánh tản sẽ được lắp đặt ở phía trên cùng với ống dẫn sóng kết nối từ nguồn phát sóng vào khoang nấu
Bảng điều khiển chứa led hiển thị, các phím chức năng và núm xoay điều chỉnh thông qua vi điều khiển tiếp nhận và phản hồi tín hiệu
Vị trí đặt hệ thống điện cùng với nguồn phát sóng là phía bên ngồi khoang lị giúp dễ dàng trong qua trình sửa chữa bảo trì
Hình 3 6: Bản vẽ lắp lị vi sóng
3.2 Thiết kế chi tiết
3.2.1 Thiết kế khung vỏ
Khung máy là bộ phận quan trọng của lị vi sóng, là nơi chịu lực của máy Độ bền của lị vi sóng phụ thuộc nhiều vào độ cứng của khung máy Đối với kết cấu khung máy dành cho lị vi sóng, do khơng chịu tải trọng không quá lớn nên thiết kế khung máy bằng thép khơng gỉ, được sơn tĩnh điện, định hình nhằm tiết kiệm về chi phí, tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm
Trang 34Hình 3 7: Vỏ khoang lị vi sóng
Hình 3 8: Cửa lị vi sóng
Tay nắm cửa của lị vi sóng, với phần lõi là théo không gỉ phủ tĩnh điện giúp tay nắm cửa cứng cáp hơn và được bọc bên ngoài bằng nhựa PVC chịu nhiệt, dễ chế tạo, giá thành rẻ và phổ biến, đa dạng trên thị trường Tương tự, mặt kính của lị vi sóng được làm từ thủy tinh cứng cáp, chịu nhiệt và trong suốt phù hợp cho người dùng quan sát trạng thái của thực phẩm khi được nấu trong khoang lò, tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm
Trang 35Hình 3 10: Kính trong suốt của lị vi sóng
3.2.2 Lựa chọn động cơ quay trong lị vi sóng
Để bộ phận quay ở trạng thái tốt nhất, ta sử dụng động cơ trục vát
Động cơ trục vát là thiết bị điện làm từ thép gồm 1 động cơ điện và hộp giảm tốc nối với nhau, trong đó động cơ điện giúp chuyển điện năng ra cơ năng, cịn phần hộp giảm tốc đóng vai trị tăng lực kéo, lực tải, lực truyền động tới toàn bộ cỗ máy hoặc hệ thống các máy Thông số kỹ thuật: • Điện áp sử dụng: 220VAC, 50/60Hz • Tốc độ quay: 4-5 vòng/ phút • Cơng suất: 4W • Kiểu trục: trục vát
Hình 3 11: Động cơ quay đĩa lị vi sóng 220V trục vát
3.2.3 Lựa chọn đĩa quay
Một trong những bộ phận của lị vi sóng là đĩa quay, bộ phận này có tác dụng rất lớn đối với những thực phẩm khi để bên trong khoang nấu và đĩa quay được dẫn động bởi động cơ trục vát lắp trực tiếp dưới đáy của khoang nấu
Trang 36vì vậy trong lị vi sóng cần có đĩa quay để thực phẩm có thể nóng đều ở mọi vị trí Vật liệu lựa chọn cho đĩa quay là thủy tinh
Hình 3 12: đĩa thủy tinh lị vi sóng
3.2.4 Lựa chọn bộ điều khiển
Hiện nay trên thị trường, bộ điều khiển Arduino phù hợp để thiết kế, bởi vì nó khá phổ biến, được ưa chuộng và dễ tìm, cũng rất hợp lý về yếu tố kinh tế Arduino hỗ trợ thư viện phong phú, đa dạng dễ dàng cho việc lập trình và điều khiển Có thể sử dụng ngay khơng cần xây dựng lại mạch Có sẵn lỗ cắm tích hợp mạch nạp, cổng giao tiếp… Gần như không cần phải tự viết thư viện cho arduino, và hướng dẫn trên mạng có rất nhiều, sử dụng phổ biến Arduino rất dễ học phù hợp cho cả những người mới bắt đầu, hơn nữa trình biên dịch cho Arduino hỗ trợ ngơn ngữ C++
Hình 3 13: Bo mạch Arduino Uno R3
Arduino Uno là một bo mạch vi điều khiển được phát triển bởi Arduino.cc, một nền tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa trên vi điều khiển AVR Atmega328P Với Arduino chúng ta có thể xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau thông qua phần mềm và phần cứng hỗ trợ
Trang 37Một bo mạch có 14 chân đầu vào/đầu ra digital (trong đó 6 chân có thể sử dụng làm đầu ra PWM), 6 đầu vào analog, cho phép kiểm soát và điều khiển thiết bị mạch điện tử ngoại vi một cách dễ dàng nhất
Arduino Uno R3 được kết nối trực tiếp với máy tính thơng qua USB để giao tiếp với phần mềm lập trình IDE, tương thích với Windows, MAC hoặc Linux Systems
Bảng 3 2: Thông số kỹ thuật board Arduino Uno R3
Thông số Giá trị
Điện áp hoạt động 5V DC (Chỉ cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng điện tiêu thụ ~ 30 mA
Điện áp giới hạn 6 – 20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA Bộ nhớ flash 32 KB SRAM 2KB EEPROM 1KB 3.2.5 Bộ phận tản nhiệt
Quạt tản nhiệt của lị vi sóng có tác dụng làm mát các bộ phận sinh nhiệt cao trong lò vi sóng (biến thế cao áp và nguồn phát sóng)
Khi phần phụ kiện này của lò bị hỏng, lò vi sóng vẫn có thể hoạt động bình thường nhưng nếu để kéo dài lâu sẽ cực kỳ nguy hiểm, ảnh hưởng đến hiệu suất sử dụng lị vi sóng, các bộ phận sinh nhiệt không được hạ nhiệt dễ gây ra cháy nổ bất cứ lúc nào
Thơng số:
• Điện áp : 220V-240V/50hz • Cơng suất 18W
Trang 38• Kích thước:
• Chiều dài trục: 2.5cm
• Chiều dài x chiều rộng động cơ: 8.5x5.8cm • Độ dày: 1cm
Hình 3 14: Motor của quạt tản nhiệt
Hình 3 15: Cánh tản nhiệt
3.2.6 Hiển thị
Là một loại màn hình hiển thị sử dụng một dãy LED làm điểm ảnh Độ sáng của màn hình led (Led display) tự phát ra ánh sáng mà không cần ánh sáng nền với điốt phát sáng 3 màu cơ bản RGB để hiển thị hình ảnh Có thể chiếu ở nhiều điều kiện khác nhau, kể cả ngoài trời hoặc trong nhà,…
Dựa trên tiêu chí giá thành và độ phổ biến, màn hình LED là lựa chọn tốt nhất cho việc hiển thị thơng số trên lị vi sóng
Thơng số:
• Điện áp đầu vào module LED 5 VDC
• Dùng 3 chân SCLK , RCLK và DIO để điều khiển module LED • Kích thước: 6cm x 2.6cm
Trang 393.2.7 Nguồn phát sóng
Đây là bộ phận cốt lõi của một chiếc lị vi sóng với tác dụng tạo sóng điện từ để gia nhiệt cho thực phẩm
Nguồn phát sóng được cung cấp nguồn điện một chiều DC cao áp lên tới 5kv để có thể phát ra sóng điện từ tần số 2450MHz, dòng điện cao áp này do biến thế cao áp cùng với tụ cao áp và diode cao áp tạo ra
Chức năng nguồn phát sóng của lị vi sóng là tạo ra sóng điện tử có tần số phù hợp để làm các thành phần nước có chứa trong thực phẩm dạo động mạnh hơn, tạo ra ma sát từ đó sinh ra nhiệt làm chín thực phẩm Sóng điện từ có thể xâm nhập sâu vào bên trong thực phẩm và làm nóng thực phẩm từ bên trong mà không phải dạng truyền nhiệt trực tiếp từ bên ngoài Do vậy khi nguồn phát sóng gặp vấn đề trục trặc sẽ khơng thể phát ra sóng điện từ để làm chín thực phẩm
Lưu ý là tùy theo hình dạng khác nhau, độ dày mỏng khác nhau của thực phẩm mà thời gian làm nóng sẽ nhanh chậm khác nhau đơi chút và cũng tùy theo từng vị trí dễ hay khó hấp thụ sóng
Hình 3 17: Bóng cao tần (nguồn phát sóng)
Cấu tạo bóng cao tần:
• Đầu phát sóng (antenna) là chi tiết trực tiếp phát ra sóng điện từ để được dẫn vào khoang nấu lị vi sóng thơng qua ống dẫn sóng
• Mặt lắp ráp là một mặt bích có tác dụng liên kết bóng cao tần vào khung lị vi sóng khi lắp ráp
• Bộ ly hợp từ là phần bao ngồi của nguồn phát sóng
• Nam châm vĩnh cửu được đặt ở hai đầu của lõi magnetron có tác dụng tạo ra đường sức từ chạy dọc theo trục của magnetron
Trang 40• Hộp lọc từ có tác dụng ngăn sóng điện từ rỏ rỉ qua đại nguồn phát ra ngồi • Miếng đệm là phần tiếp xúc với phần khớp của ống dẫn sóng
• Nguồn phát electron là cực âm có tác dụng phát ra dịng electron chạy từ cực âm đến cực dương
• Cánh tản nhiệt có tác dụng tản nhiệt trong quá trình hoạt động của bóng cao tần
• Rắc kết nối nguồn điện cao thế • Bộ lọc nguồn
3.2.8 Biến thế cao áp, tụ cao áp và diode cao áp
Bóng cao tần lị vi sóng cần nguồn điện một chiều cao thế từ 4000-5000V để có thể phát ra sóng điện từ, do vậy trong mạch cao áp của lò vi sóng cần có biến thế cao áp, tụ cao áp và diode cao áp được kết hợp với nhau
❖ Biến thế cao áp: gồm cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp và lõi thép điện từ
+ Cuộn sơ cấp:
Là cuộn dây đồng được nối với nguồn điện vào, có N1 vịng dây, hiệu điện thế U1 Có tác dụng tạo ra từ thơng biến đổi liên tục theo tần số nguồn đầu vào và từ thông sẽ xuyên qua cuộn thứ cấp để tạo ra hiệu điện thế U2
Cuộn thứ cấp là cuộn dây đồng được nối với đầu ra, có N2 vịng dây và hiệu điện thế U2 Và giữa 2 cuộn dây có mối quan hệ được xác định bởi: U1/N1=U2/N2
Lõi thép từ được ghép bởi nhiều lá thép từ cách điện với nhau để hạn chế dịng điện fuco Có tác dụng định hướng từ thông tập trung theo một hướng nhất định
Hình 3 18: biến thế cao áp của lị vi sóng ❖ Tụ cao áp kết hợp với diode cao áp: