Ngày nay động cơ điện được dùng trong hấu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ nhỏdùng trong lò vi sóng để chuyển động đĩa quay, hay trong các máy đọc đĩa máy chơi CD hay DVD, đến các đồ ngh
lOMoARcPSD|39222806 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN Giáo viên hướng dẫn : TS Phan Đình Hiếu Nhóm sinh viên thực hiện : Nguyễn Chí Thanh 2019606549 Dương Đức Tâm 2019606606 Hà Nội - 2021 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM I Thông tin chung 1 Tên lớp: Cơ điện tử 4 Khóa: k14 2 Tên nhóm: Nhóm 24 3.Họ và tên thành viên: Dương Đức Tâm-2019606606 Nguyễn Chí Thanh-2019606549 II Nội dung học tập 1 Phần thuỷ khí: Cửa kho đông lạnh được mở và đóng bằng xy lanh thuỷ lực Tải trọng tĩnh cực đại tác dụng lên pittong là 100 kg, vận tốc chuyển động ổn định của pittong là 0.05 m/s, thời gian tăng tốc từ 0 tới 0.05m/s là 1 (s) là; thời gian giảm tốc ở cuối hành trình bằng thời gian tăng tốc; thời gian pittong thực hiện được một hành trình bằng 4s; áp suất của chất lỏng làm việc p=70at Bình tích thuỷ lực được lắp cho phép cửa đóng mở được trong cả trường hợp hỏng nguồn điện Van 4/3 được sử dụng để điều khiển xy lanh Van này có thể được nối theo cách mà nó làm cần piston đi ra khi van ở vị trí thường Hệ thống dự phòng cho an toàn cắt mạch để tránh cho người bị mắc kẹt ở cửa trong trường hợp này không cần thiết Chức năng ngắt này thông thường được thực hiện bằng hệ thống điều khiển điện dùng cho hệ thống thuỷ lực Hoạt động của sinh viên - Nội dung 1: Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống? Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 - Nội dung 2: Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài? 2 Phần động cơ điện Bài 1: Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pđm = 2,2 KW; Uđm = 110V; Iđm = 25,6A; nđm = 1430 vg/phút Vẽ đặc tính cơ tự nhiên, đặc tính cơ nhân tạo với Rưf = 0,78 Bài 2: Tìm trị số của các cấp mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lập có: Pđm = 13,5 KW; Uđm = 110 V; Iđm = 145 A; nđm = 1050 vg/ph Biết rằng Mmax 200%Mđm , mở máy với 3 cấp điện trở mm Bài 3: Động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pđm = 29 KW; Uđm = 440 V; Iđm = 79 A; nđm = 1000 vg/ph; Rư = 0,05 Rđm làm việc ở chế độ hãm tái sinh Xác định khi Iư = 60 A, Rưf = 0 Bài 4 Động cơ không đồng bộ ba pha có thông số Pđm = 22,5 kW; Uđm = 380V; nđm = 1460vg/ph; r1 = 0,2; r’2 = 0.24; x1 = 0,39; x’2 = 0,46 Hãy xác định tốc độ động cơ khi mô men phụ tải bằng định mức, trong mạch rôto mắc thêm điện trở phụ đã quy đổi về stato là 1,2Ω; trong mạch stato mắc thêm điện kháng X1f = 0,75 Câu 5: Cho một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có các thông số sau: Công suất định mức của động cơ: Pđm = 55 KW Áp dây định mức: Vđm = 660V / 380V – Y/ (Tần số nguồn điện f = 50 Hz ) Tốc độ định mức của động cơ : nđm = 980 vòng/phút Hiệu suất định mức là : đm = 93,5% Hệ số công suất lúc tải định mức: cosđm = 0,86 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Bội số dòng điện mở máy của động cơ là mI = 6 Khi cấp nguồn áp 3 pha 380V (áp dây) vào động cơ, lúc mang tải định mức xác định: 1 Tần số của rotor? 2 Dòng điện định mức cấp vào stator động cơ? 3 Công suất điện từ? Khi biết tổn hao ma sát cơ, quạt gió chiếm 15% tổng tổn hao của động cơ; tổn hao thép chiếm 25% tổng tổn hao III Nhiệm vụ học tập 1 Hoàn thành tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án theo đúng thời gian quy định (từ ngày …/…/2020 đến ngày …/…/2020) 2 Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước giảng viên và những sinh viên khác IV Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án 1 Tài liệu học tập: Giáo Trình Truyền Động Điện, Hệ Thống Tự Động Thủy Khí 2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính KHOA/TRUNG TÂM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Anh Tú TS Phan Đình Hiếu Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 MỤC LỤC MỤC LỤC .1 DANH MỤC HÌNH ẢNH .2 DANH MỤC BẢNG BIỂU .2 LỜI NÓI ĐẦU 3 LỜI CẢM ƠN 4 CHƯƠNG 1 : PHẦN THỦY KHÍ 5 1.1.Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống 5 1.1.1 Vẽ biều đồ trạng thái 5 1.1.2 Lưu đồ tiến trình 6 1.2 Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài .7 1.2.1 Tính chọn xylanh 7 Chọn các thành phần thủy lực : 7 1.2.3 Thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài 11 CHƯƠNG 2 : PHẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN .14 Bài 1 14 Bài 2 15 Bài 3 16 Bài 4 18 Bài 5 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO .22 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 1: Biểu đồ trạng thái hệ thống 6 Hình 1 2: Lưu đồ tiến trình hệ thống 7 Hình 1 3: Mạch thủy lực cho hệ thống 12 Hình 1 4: Mạch điện điều khiển 13 Hình 1 5: Xylanh tiến ra .13 Hình 1 6: Xylanh lùi về 14 Hình 1 7: Đường đặc tính cơ tự nhiên và đường đặc tính cơ nhân tạo 16 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1:Kích thước đường kính xy lanh (đơn vị : milimet) .9 Bảng 2: Áp suất tỉ lệ với đường kính 10 Bảng 3:Danh sách các thiết bị sử dụng 14 LỜI NÓI ĐẦU Động cơ điện là máy điện dùng để chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ học Hầu hết động cơ điện hiện có hoạt động theo hiệu ứng điện từ Một số ít là Động Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 cơ áp điện hoạt động dựa trên hiệu ứng áp điện, và thường là động cơ cỡ nhỏ hoặc siêu nhỏ Các động cơ điện thường gặp dùng trong gia đình như quạt điện, tủ lạnh, máy giặt, máy bơm nước, máy hút bụi Ngược lại với Động cơ điện là máy dùng để chuyển đổi từ cơ sang điện, được gọi là máy phát điện Máy phát có hai loại chính là máy phát điện xoay chiều (alternator) và một chiều (dynamo) Ngày nay động cơ điện được dùng trong hấu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ nhỏ dùng trong lò vi sóng để chuyển động đĩa quay, hay trong các máy đọc đĩa (máy chơi CD hay DVD), đến các đồ nghề như máy khoan, hay các máy gia dụng như máy giặt, sự hoạt động của thang máy hay các hệ thống thông gió cũng dựa vào động cơ điện Ở nhiều nước động cơ điện được dùng trong các phương tiện vận chuyển, đặc biệt trong các đầu máy xe lửa Trong công nghệ máy tính: Động cơ điện được sử dụng trong các ổ cứng, ổ quang (chúng là các động cơ bước rất nhỏ) Hệ thống thuỷ lực (Hydraulic systems) được sử dụng nhiều trong ngành chế tạo máy hiện đại và trong công nghiệp lắp ráp Ngoài ra, công nghệ thuỷ lực còn được ứng dụng trong một số lĩnh vực đặc biệt khác như hàng hải, khai thác hầm mỏ, hàng không… Trong hệ thống thuỷ lực, chất lỏng có áp suất đóng vai trò trung gian truyền lực và chuyển động cho máy công nghệ Thông qua việc làm bài tập lớn môn cơ cấu chấp hành và điều khiển , nhóm đã hệ thống được các phần kiến thức đã học , nâng cao và tìm hiểu thêm được các kiến thức về phần thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu hệ thống và các kiến thức về phần tính toán động cơ điện Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Cơ cấu chấp hành và điều khiển GVHD : TS Phan Đình Hiếu LỜI CẢM ƠN Chúng em xin trân trọng cảm ơn đến tất cả các quý thầy cô khoa Cơ Khí trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, những người đã trang bị cho chúng em những kiến thức cơ bản, cũng như đã nhiệt tình quân tâm giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để chúng em được học tập, nghiên cứu hoàn thành báo cáo bài tập lớn môn Cơ cấu chấp hành và điều khiển này Chúng em xin cám ơn Trước tiên, chúng em xin được gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc nhất thầy Phan Đình Hiếu – người đã hết sức tạo điều kiện và tận tình hướng dẫn, động viên chúng em trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện bài tập lớn môn học này Trân trọng! Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Sinh viên thực hiện Nguyễn Chí Thanh Dương Đức Tâm 8 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Cơ cấu chấp hành và điều khiển GVHD : TS Phan Đình Hiếu CHƯƠNG 1 : PHẦN THỦY KHÍ 1.1.Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống 1.1.1 Vẽ biều đồ trạng thái Hình 1 1: Biểu đồ trạng thái hệ thống Chú giải: S1,S2 là công tắc hành trình A-,A+ là trạng thái hoạt động của xylanh Qua biểu đồ trạng thái ta thấy được quá trình di chuyển của xylanh Hai quá trình di chuyển lên và di chuyển về Vận tốc chuyển động ổn định của pittong là 0.05 m/s, thời gian tăng tốc từ 0 tới 0.05m/s là 1(s) là thời gian giảm tốc ở cuối hành trình bằng thời gian tăng tốc; thời gian pittong thực hiện được một hành trình bằng 4s 9 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 GVHD : TS Phan Đình Hiếu Cơ cấu chấp hành và điều khiển 1.1.2 Lưu đồ tiến trình Hình 1 2: Lưu đồ tiến trình hệ thống Chú giải: Khi bắt đầu khởi động trạng thái của xylanh ta nhấn nút start thì xylanh sẽ tự động đi vào Trong quá trình đi vào xylanh đã thực hiện tăng tốc 10 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Cơ cấu chấp hành và điều khiển GVHD : TS Phan Đình Hiếu Pd=m a=m Δv =1 00 0,05 =5 ( N ) Δt 1 m: khối lượng của vật thể chuyển động tịnh tiến a: gia tốc của vật thể chuyển động trước khi đạt vận tốc ổn định - Tổng tải trọng: P=Pd+ Pt=5+9 8 0=9 85 (N ) - Đường kính của xy lanh lực được xác định theo công thức: Đường kính của xi lanh được xác định theo công thức: √ √ D= 4 P K= 4 985 1,3=1.54 (cm) π p 3,14 686,462 Trong đó: 1( at ) = 9.806 6 ( N /c m2) ¿> 7 0 (at ) =686,462 ( N /c m2) K: Hệ số kể tới ảnh hưởng của tổn thất p: áp suất làm việc của chất lỏng Theo tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7969:2008 Về Hệ thống thủy lực/khí nén- Đường kính lỗ xy lanh và cần pít tông- Hệ mét D 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 450 500 Bảng 1:Kích thước đường kính xy lanh (đơn vị : milimet) Lấy tròn đường kính D theo tiêu chuẩn D = 16mm Xác định lại áp suất của chất lỏng làm việc để cho xy lanh thắng được tải trọng tác dụng: ρ= 2 4 PK = 2 4 ×985 × 1,3 =637,19 2 N =64,98 at πD π ×1,6 cm - Đường kính cần pittong d xác định gần đúng phục thuộc vào áp suất p theo tỉ số sau: Bảng 2: Áp suất tỉ lệ với đường kính Áp suất của chất lỏng làm việc trong điều kiện bài toán : 12 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Cơ cấu chấp hành và điều khiển GVHD : TS Phan Đình Hiếu 637,19 ( N /c m2) =64,98 (at ) 0,9) , chọn Hb = 0,8 Hd: hiệu suất truyền động từ động cơ qua bơm , chọn Hd = 0,9 ⟹ Ndc= 0 ,33 =0 , 46 (kw) 0,8× 0,9 14 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Cơ cấu chấp hành và điều khiển GVHD : TS Phan Đình Hiếu 1.2.3 Thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài Hình 1 3: Mạch thủy lực cho hệ thống 15 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 GVHD : TS Phan Đình Hiếu Cơ cấu chấp hành và điều khiển Hình 1 4: Mạch điện điều khiển Chạy mô phỏng Hình 1 5: Xylanh tiến ra 16 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 GVHD : TS Phan Đình Hiếu Cơ cấu chấp hành và điều khiển Hình 1 6: Xylanh lùi về STT Thiết bị Số lượng 1 1 Xy lanh tác động kép 2 1 2 Van tiết lưu 2 1 3 van 4/3 điều khiển bằng điện thủy lực 1 1 4 Nút nhấn thường mở 1 5 Van tràn 6 Bộ bơm cấp dầu 7 Bộ lọc dầu 8 Bình trích chứa Bảng 3:Danh sách các thiết bị sử dụng 17 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 GVHD : TS Phan Đình Hiếu Cơ cấu chấp hành và điều khiển CHƯƠNG 2 : PHẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN Bài 1: Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pđm = 2,2 KW; Uđm = 110V; Iđm = 25,6A; nđm = 1430 vg/phút Vẽ đặc tính cơ tự nhiên, đặc tính cơ nhân tạo với Rưf = 0,78 Bài giải a) Xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên Đường đặc tính cơ tự nhiên có thể vẽ qua 2 trong số 3 điểm: Điểm định mức [ M đm; ωđm¿ ; Điểm không tải lý tưởng [M = 0; ω = ω0]; Điểm ngắn mạch [M nm; ω = 0] Tốc độ góc định mức: ωđm=¿ nđm 9,55 =¿ 1430 9,55 =¿149,74 (rad/s) Moment cơ định mức: M đm= Pđm.1000 = 2,2.1000 =14,69 ( N m) ωđm 149,74 Như vậy ta có điểm thứ nhất trên đặc tính cơ tự nhiên cần tìm là điểm định mức:[14,69;149,74] Ta có: M đm=K ∅đm I đm (1.1) Do đó K ∅đm= M đm= 14,69 =0,57 (Wb) I đm 25,6 Tốc độ không tải lí tưởng: ω0= Uđm = 110 =192,98 ( rad ) K ∅đm 0,57 s Ta có điểm thứ hai của đặc tính là:[0;192,98] Vậy đường đặc tính cơ tự nhiên là một đường thẳng đi qua hai điểm có tọa độ [0;192,98] và [14,69;149,74] b)Xây dựng đường đặc tính cơ nhân tạo với Rưf =0,78 Ω 18 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Cơ cấu chấp hành và điều khiển GVHD : TS Phan Đình Hiếu Ta có điện trở phần ứng: R= Uđm−ωđm K ∅đm =110−149,74.0,57 =¿0,96 (Ω) I đm 25,6 Khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng thì tốc độ không tải lý tưởng không thay đổi, nên ta có thể vẽ đặc tính cơ nhân tạo qua các điểm không tải lý tưởng [0; ω0 ] và điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo [Mđm; ωnt] Tốc độ góc nhân tạo là: ωnt= Uđm−I đm(R+ Rưf )= 110−25,6.(0,96+0,78)=114,84(rad/s) K ∅đm 0,57 Tọa độ điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo:[14,69;114,84] Do đó đường đặc tính cơ nhân tạo là một đường thẳng đi qua hai điểm có tọa độ:[0;192,98] và [14,69;114,84] Như vậy ta có thể dựng được đường đặc tính cơ tự nhiên(đường 1) và đường đặc tính cơ nhân tạo (đường 2) như hình dưới đây: ω ( rad ) s 192,9 1 149,7 2 114,8 0 14,6 M(N.m) Hình 1 7: Đường đặc tính cơ tự nhiên và đường đặc tính cơ nhân tạo Bài 2: Tìm trị số của các cấp mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lậpcó: Pdm = 13,5 KW; Udm = 110 V; Idm = 145 A; ndm = 1050 vg/ph Biết rằng , mở máy với 3 cấp điện trở Lời giải: Quy đổi tốc độ động cơ : 19 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Cơ cấu chấp hành và điều khiển GVHD : TS Phan Đình Hiếu ⍵dm=110 (rad/s) ndm = 1050 vg/phút Pdm = KΦdm Idm ⍵dm Phương trình cân bằng điện áp ở chế độ định mức: (2.1) Udm=Rư.Idm+KΦdm.⍵dm Mà Ta có : Với số cấp khởi động m=3 Trị số từng cấp điện trở mở máy được tính như sau: Vậy ta có 3 cấp điện trở mở máy lần lượt là: ; ; Bài 3: Động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pđm = 29 KW; Uđm = 440 V; Iđm = 79 A; nđm = 1000 vg/ph; Rư = 0,05 Rđm làm việc ở chế độ hãm tái sinh Xác định ω khi Iư = 60 A, Rưf = 0 Lời giải: Xét động cơ trong trường hợp là một thiết bị tiêu thụ điện năng 20 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com)