Tiểu luận môn học cơ cấu chấp hành và điều khiển

Phùng Văn Thùy - 2019600458MÔN HỌC CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỒ ÁN MÔNĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂNĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐO VÀ XỬ LÍ TÍN HIỆU SỬ DỤNG CẢM BIẾN PHÁT HIỆN LỬA, CẢM BIẾN N

Hà Nội: 2021

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

- -

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

Giáo Viên H ướng Dẫn : TS PHAN ĐÌNH HIẾU

Sinh Viên Thực Hiện : 1 Giáp Ngọc Hải - 2018603751

2 Nguyễn Năng Hào - 2019600957

3 Phùng Văn Thùy - 2019600458

MÔN HỌC

CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN

ĐỒ ÁN MÔN

ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN

ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐO VÀ XỬ LÍ TÍN HIỆU SỬ DỤNG CẢM BIẾN PHÁT HIỆN LỬA, CẢM BIẾN NHIỆT ĐỂ CẢNH BÁO VÀ CHỮA

ĐỒ ÁN MÔN

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

1 Tên lớp:ME6046.2 Khóa:K14

2 Tên nhóm: Nhóm 9

3.Họ và tên thành viên: Giáp Ngọc Hải - 2018603751

Phùng Văn Thùy – 2019600458

Nguyễn Năng Hào – 2019600957

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, th ời 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=50at 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?

- Nội dung 2: Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài?

- Nội dung 3: Thiết kế mạch điện điều khiển để có thể vận hành hệ thống theo yêu cầu

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%M

mm đm , mở máy với 3 cấp điện trở

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 Rđmlàm 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: cosđm = 0,86

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

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

TS Nguyễn Anh Tú TS Phan Đình Hiếu

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, khoa học k礃̀ thuật phát triển ngày càng mạnh mẽ trong tất cả các lĩnh vực của đời sống và xản xuất Việc ứng dụng khoa học k礃̀ thuật vào các hoạt động sản xuất đòi hỏi con người phải không ngừng học hỏi và nâng cao trình độ hiểu biết để kịp thời cập nhật những tiến bộ mới nhất của thế giới Chính vì vậy, phát triển ngành cơ điện tử

có ý nghĩa hết sức quan trọng vì các sản phẩm của ngành phục vụ trong tất cả các ngành khác trong nền kinh tế như: phục vụ trong lĩnh vực tự động hóa, k礃̀ thuật robot, chế tạo, điều khiển và cảm ứng, … Bài tập lớn môn Cơ cấu chấp hành và điều khiển giúp cho sinh viên có thể tìm hiểu và khai thác hiệu quả các loại thủy khí và động cơ điện, hệ thống hay các dây chuyền công nghiệp Động cơ điện được dùng trong hầu 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 điều khiển thủy lực được sử dụng vô cùng rộng rãi ở rất nhiều lĩnh vực mà ở đó môi trường lao động có sự nguy hiểm, nên hạn chế có sự góp mặt của con người, những nơi hay xảy ra cháy nổ như: ở vị trí làm việc của các đồ gá kẹp các chi tiết làm bằng vật liệu nhựa, chất dẻo… Hoặc được sử dụng trong ngành cơ khí chế tạo sản xuất như là cấp phôi cho quá trình gia công Trong đề tài bài tập lớn môn Cơ cấu chấp hành và điều khiển này, nhóm sinh viên chúng em xin trình bày một cách cụ thể về quá trình nghiên cứu tìm hiểu và tính toán về hệ thống thủy lực cũng như động cơ điện Thông qua đó có thể áp dụng nó 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 thầy Nguyễn Tuấn Anh đã nhiệt tình hướng dẫn đồ án môn cho chúng em

Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2021

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 5

MỤC LỤC 6

DANH MỤC HÌNH ẢNH 7

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

CHƯƠNG 1 PHẦN THỦY LỰC 9

1.1 Biểu đồ trạng thái và lưu đồ tiến trình của hệ thống 9

1.2 Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài 11

1.3 Thiết kế mạch điện điều khiển để có thể vận hành hệ thống theo yêu cầu 15

CHƯƠNG 2 PHẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 17

Bài 1 17

Bài 2 18

Bài 3 19

Bài 4 20

Bài 5 22

KẾT LUẬN 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

DANH MỤC HÌNH ẢNH 6

Hình 1.1 Biểu đồ trạng thái 9

Hình 1.2 Lưu đồ tiến trình 10

Hình 1.3 Mạch thủy lực 14

Hình 1.4 Mạch điện điều khiển 15

Hình 1.5 Xylanh tiến ra 16

Hình 1.6 Xylanh lùi về 16

Hình 2.1 Đường đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạoError! Bookmark not

defined

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Danh sách các thiết bị sử dụng 12

CHƯƠNG 1 PHẦN THỦY LỰC 1.1 Biểu đồ trạng thái và lưu đồ tiến trình của hệ thống

1.1.1 Biểu đồ trạng thái

Hình 1.1 Biểu đồ trạng thái

1.1.2 Lưu đồ tiến trình của hệ thống

Hình 1.2 Lưu đồ tiến trình

1.2 Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài

1.2.1 Tính chọn xilanh

Các kích thước cơ bản của xilanh thủy lực là: đường kính trong của xilanh, chiều dài hành trình của piston, đường kính cần piston Để xác định các kích thước cơ bản của xilanh thủy lực trước tiên phải xác định tải trọng cực đại tác dụng lên piston Tải trọng bao gồm tải trọng tĩnh và tải trọng động Tải trọng tĩnh đã có trong đề bài Tải trọng động xuất hiện khi piston tăng tốc hay giảm tốc và có thể xác định bằng công thức:

Pd = ma ( 1.1 )

Trong đó: 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

Đường kính của xilanh lực được xác định theo công thức:

D = √𝜋𝑝4𝑃𝐾 (1.2)

Trong đó: K: hệ số kể tới ảnh hưởng của tổn thất(K=1,3)

𝑝: áp suất của chất lỏng làm việc (50at = 490,33N/cm2)

D = √4𝑃𝜋𝑝𝐾 = √490,33𝜋4×985 × 1,3 = 1,82

Lấy tròn đường kính D theo tiêu chuẩn D=20mm Xác định lại áp suất của chất lỏng làm

việc để cho xylanh thắng được tải trọng tác dụng:

𝜌 = 4𝑃𝐾

𝜋𝐷2 =4 × 985 × 1,3

𝜋 × 22 = 407,59 𝑁

𝑐𝑚2 = 40,226𝑎𝑡 Đường kính cần piston d xác định gần đúng phụ thuộc vào áp suất p theo tỉ số sau:

Áp suất của chất lỏng làm việc trong điều kiện bài toán p = 40,226at<50at vì vậy ta

Đường kính cần piston có giá trị bằng d = 10mm Xác định hành trình piston:

Đoạn đường piston chuyển động có gia tốc là:

Thể tích cần để đẩy xilanh ở hành trình lui về

Nđc: Công suất của động cơ điện

Hb: hiệu suất của bơm , Hb=( 0,8 -> 0,9) , chọn Hb = 0,8

Hd: hiệu suất truyền động từ động cơ qua bơm , chọn Hd = 0,9

1.2.3 Thiết kế mạch thủy lực

Hình 1.3 Mạch thủy lực

1.3 Thiết kế mạch điện điều khiển để có thể vận hành hệ thống theo yêu cầu

Hình 1.4 Mạch điện điều khiển Chạy mô phỏng

Hình 1.5 Xylanh tiến ra

Hình 1.6 Xylanh lùi về

Bảng 1.1 Danh sách các thiết bị sử dụng

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 

Hình 2.1 Đường đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo

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

𝑀𝑚𝑚𝑚𝑎𝑥 = 200%𝑀𝑑𝑚, m ở máy với 3 cấp điện trở

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

Gi ải:

Xét động cơ trong trường hợp là một thiết bị tiêu thụ điện năng

Khi động cơ làm việc tại chế độ định mức

Quy đổi giá trị tốc độ động cơ:

Phương trình cân bằng điện áp cho mạch điện động cơ :

𝑈𝑢 = 𝐸𝑢− 𝐼ℎ (𝑅𝑢ℎ + 𝑅𝑓) (2.8)

Dòng điện và momen điện từ trong chế độ làm việc hãm tái sinh đều âm và tốc độ quay của động cơ sẽ lớn hơn tốc độ không tải định mức

Gi ải:

Xét thời điểm động cơ hoạt động ở chế độ định mức

Quy đổi giá trị tốc độ động cơ:

𝑟1 = 0,2Ω; r′2 = 0,24Ω

Hệ số công suất lúc tải định mức: cosđm = 0,86

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

Giải:

1.Xét động cơ làm việc tại chế độ định mức

Quy đổi giá trị tốc độ động cơ:

𝑃𝑑𝑡 = 𝑃2+ ∆𝑃𝐶𝐾+𝑓 + ∆𝑃𝑑2

⇒ 𝑃𝑑𝑡 = 55000 + 3823,53 × 0,4 ≈ 56,53(𝑘𝑊)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] ĐH Công nghiệp Hà Nội, Bài giảng Cơ cấu chấp hành và điều khiển, 2018

[2] ĐH Công nghiệp Hà Nội, Giáo trình Hệ thống tự động thủy khí, NXB KHTN & CN, 2019

[3] ĐH Công nghiệp Hà Nội, Giáo trình Truyền động điện, NXB KH&KT, 2015

[4] T V Chính, Máy điện (lý thuyết và bài tập), NXB Xây Dựng, 2016