Báo Cáo Đề Tài Động Cơ Line.pdf

Khí đó dòng điện trong cuộn dây thay đổi theo thời gian dẫn đến từ trường cũng thay đổi theo, có thể thấy từ trường di chuyển từ trái sang phải cực nam bắc được sinh ra nhưng cũng mất đi

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY -

1

Thành viên:

1.Nguyễn Thành Phố (nhóm trưởng)

2.Vũ Anh Tú (nhóm phó)

3 Ngô Quang Vinh

4 Bùi Đại Phong

5 Quách Văn Thiện

Bảng khối lượng công việc đã đóng góp:

chấm:

Lời nói đầu

Nhằm triển khai thực hiện có hiệu quả nhiệm vụ nghiên cứu và học tập trong môn nhập môn kĩ thuật cơ khí theo yêu cầu quy định của giảng viên và tạo điều kiện cho sinh viên trong nghiên cứu , học tập trong môn này Nhóm 9 chúng em đã làm một bản báo cáo thí nghiệm về động cơ linear Để có được một bản báo cáo thí nghiệm hoàn chỉnh nhất chúng em đã hệ thống hoá về những cấu tạo cơ bản, ứng dụng, nguyên lí hoạt động, và đặc biệt là phần ứng dụng để thiết sản phẩm riêng của chúng em Vì thế thầy hãy cùng chúng em khám phá và hiểu rõ hơn về sức mạnh và tiềm năng không ngừng của công nghệ động cơ linear

I Giới thiệu chung về động cơ line

Động cơ tuyến tính (motor tuyến tính) cũng giống như các loại motor quay vì cùng là thiết bị điện có cấu trúc gồm các cuộn dây cùng nam châm và đều được dùng để chuyển đổi năng lượng điện thành động năng Và điểm khác biệt trong tính năng của motor tuyến tính và các loại motor quay là chúng tạo ra chuyển động tuyến tính thay vì chuyển động xoay

Đối với motor tuyến tính, bộ phận thực hiện vai trò chuyển động của rôto trong một động cơ quay sẽ không quay bên trong bất cứ phần stato đứng yên nào Thay vào đó, thành phần có nhiệm vụ di chuyển sẽ thực hiện chuyển động tịnh tiến, dọc theo phần tĩnh được thiết kế trải thẳng Phần "tĩnh" trong động cơ tuyến tính được tạo nên bằng nam châm siêu dẫn làm lạnh ở nhiệt độ cực thấp để giảm tiêu thụ điện năng Trong cấu tạo của motor tuyến tính không có các bộ phận truyền động cơ học như hộp số, dây đai, vòng bi Thiết bị này hoàn toàn sử dụng từ trường để tạo chuyển động

5

II Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của dộng

cơ line

1. Cấu tạo.

1 Hình dung qua một cấu tạo đơn giản để động cơ linear hoạt động

- Đặt hai thanh nam châm vĩnh cửu có 2 cực nam và bắc ngược nhau

- Đặt tiếp 1 thanh nam châm ở giữa đường ray

- Trong thực tế thì hai thanh nam châm hai bên sẽ đc thay thế bằng các cuộn dây để tạo ra từ trường làm cho động cơ chuyển động

2 Những bộ phận chính của động cơ linear

- Nam châm vĩnh cửu hai cực Nam và Bắc

- Cuộn dây:

+ Dòng điện 1 pha thường dùng hai cuộn dây

+ Dòng điện 3 pha thường sử dụng ba cuộn dây lần lượt nối với pha A,Pha B và Pha C

- bộ phận tản nhiệt gồm 3 loại: tấm nhôm và ống tản nhiệt nước, quạt làm mát

7

3 Cách lắp ráp thành một động cơ linear

- Tuỳ vào từng loại động cơ: roto là nam châm, stato là cuộn dây và

ngược lại

• Cách lắp ráp hai loại động cơ thường dùng:

- linear có trục hình trụ được dùng với dòng điện 3 pha + Roto là nam châm đặt bên trong trục của động cơ được làm bởi hợp

kim hoặc inox theo trình tự các cực như trong ảnh

+ Stato là cuộn dây được đặt quanh trục theo trình tự giống nhau + Bộ phận tản nhiệt được bọc bên ngoài moôtr bằng những lá nhôm hoặc

9

2 Nguyên lí hoạt động.

- Như chúng ta đã biết 2 thanh nam châm cùng cực thì đẩy nhau nếu chúng ta đặt cố định thanh nam châm thế này và 1 thanh nam châm ở giữa, nhờ có thanh ray nê thanh nam châm đó sẽ bị đẩy đi chuyển thẳng theo thanh ray đó chính là chuyển động tịnh tiến của động cơ linear.

Nhưng làm sao để thanh nam châm ở giữa chuyển động liền mạch

11

- chúng ta sẽ thay hai thanh nam châm đó bằng cuộn dây cấp dòng điện xoay chiều 3 pha Khí đó dòng điện trong cuộn dây thay đổi theo thời gian dẫn đến từ trường cũng thay đổi theo, có thể thấy từ trường di chuyển từ trái sang phải cực nam bắc được sinh ra nhưng cũng mất đi nếu chúng ta đặt thanh nam châm hay thanh kim loại gần nó thì sẽ tạo ra một lực giúp thanh đó di chuyển theo hướng di chuyển của từ trường nếu muốn di chuyển ngược lại chỉ cần đảo thứ tự các cuộn dây

III Ưu, nhược điểm của động cơ linear

1 Ưu điểm

- Ưu điểm : Không tồn tại lực hút từ tính tại thời điểm lắp ráp Vì lý

do thiết bị LIM không có nam châm vĩnh cửu, nên không tồn tại lực hút tại thời điểm lắp ráp hệ thống

- Động cơ Line cũng có ưu điểm là di chuyển được quãng đường dài Các thiết bị này chủ yếu được thực hiện cho các ứng dụng có

độ dài vì phần thứ cấp không được bao gồm với nam châm vĩnh cửu Sự không tồn tại của nam châm trong phần thứ hai cho phép

các thiết bị này không đắt vì giá của thiết bị chủ yếu nằm ở sự phát triển của một rãnh từ tính.

- Có hiệu quả hữu ích cho các mục đích nặng nhọc Động cơ Line chủ yếu được sử dụng trong các điều kiện động cơ tuyến tính áp suất cao, nơi chúng hiện diện với xếp hạng lực ổn định gần 25gms gia tốc và khoảng hàng trăm pound

2 Nhược điểm

- Việc xây dựng các thiết bị LIM hơi phức tạp vì chúng đòi hỏi các thuật toán điều khiển phức tạp

- Chúng đã làm tăng lực hút tại thời điểm hoạt động

- Cho thấy không có lực vào thời điểm bế tắc

- Kích thước vật lý của thiết bị được nâng cao đồng nghĩa với việc kích thước bao bì cũng nhiều hơn

- Yêu cầu nhiều năng lượng hơn cho chức năng Khi so sánh với động cơ tuyến tính nam châm vĩnh cửu, hiệu suất thấp hơn và tạo

ra nhiều nhiệt hơn Điều này hơn nữa cần thiết bị làm mát bằng nước được đưa vào xây dựng

IV Ứng dụng của động cơ line

Với cơ cấu hoạt động mang đến nhiều tính năng và lợi ích, sản phẩm được đưa vào sử dụng cho các ứng dụng hiện đại, quy mô lớn trong vô

số những lĩnh vực chuyên môn và đời sống thực tế

Một trong số những ứng dụng mà motor tuyến tính trở nên cực kỳ có ích đó là hệ thống servo, nền móng cơ bản cho các loại robot tự động hóa và những loại máy móc với tính năng ưu việt

Trong ứng dụng servo:

Trong hệ t thống servo thì chuyển động thẳng mẫu như được tạo га bởi đồng a cơ quay Dầu 1 cho các hệ thống servo tạo ra những chuyển động với độ chính xác cao và tốc độ lớn, chúng cũng có những hạn chế và các lỗi thường gặp trong quá trình sử dụng do cấu tạo sử dụng sự tác động giữa nhiều lĩnh kiện cơ học với nhau

13

Những lỗi này đều có thể được loại bỏ khi áp dụng động cơ tuyến tính Không những khắc phục những thiếu sót trên, motor tuyến tỉnh còn cho phép hệ thống servo khả năng hoạt động với vận tốc và độ chính xác cao hơn, tăng tốc tốt hơn và giúp giảm thiểu tối đa tiếng ồn

Các ứng dụng thực tế:

Động cơ tuyển tính còn được áp dụng nhiều trong các ứng dụng cần sự chính xác cao như kiểm tra và xử lý vật liệu, lắp ráp điện tử và các ngành yêu cầu môi trường làm việc sạch sẽ như ngành thực phẩm, ngành

y tế

Chúng phát huy rất nhiều lợi ích khi được sử dụng cho các ứng dụng vận chuyển liên quan đến ngành giao thông như băng tài vận chuyển hành lý tại sân bay, và băng tải than cuốn và tàu điện ngầm Ngoài ra chúng còn được dùng trong băng tài vận chuyển quặng và than đá Động cơ tuyến tính có khá nhiều ứng dụng trong đời sống có thể kể đến như:

+trong máy CNC

+ trong tàu điện siêu tốc

+trong tàu điện siêu tốc

+trong cửa tự động

+trong thang máy

V Thiết kế sản phẩm có ứng dụng của động cơ linear

- Thiết kế thang máy có sử dụng động cơ tính

Việc thiết kế thang máy sử dụng động cơ tuyến tính cho một tòa nhà cao tầng như tòa nhà 30 tầng đòi hỏi sự tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất vận hành, an toàn và khả năng vận chuyển hiệu quả Dưới đây là một số yếu tố cần xem xét:

1 Số lượng và dung lượng thang máy:

Xác định số lượng thang máy cần thiết để phục vụ tòa nhà 30 tầng Các thông số như dung lượng tải trọng, số lượng người sử dụng trung bình trong một lần sử dụng cũng cần được xác định

2 Tốc độ di chuyển và hiệu suất:

Xác định tốc độ di chuyển mà thang máy cần có để đảm bảo hiệu suất vận hành và đáp ứng nhu cầu vận chuyển trong tòa nhà cao tầng

3 Thiết kế và kích thước:

Đảm bảo thiết kế thang máy phù hợp với kích thước tòa nhà, từ không gian cơ sở cho thang máy đến không gian trong thang máy để đảm bảo

an toàn và thoải mái cho hành khách

4 Công nghệ động cơ tuyến tính:

Lựa chọn động cơ tuyến tính phù hợp với dung lượng tải, tốc độ và yêu cầu vận hành của thang máy Xác định công suất cần thiết và các thông

số kỹ thuật cho động cơ tuyến tính

5 An toàn và kiểm soát:

Đảm bảo hệ thống an toàn và kiểm soát đáng tin cậy để ngăn chặn tai nạn và đảm bảo an toàn cho người sử dụng thang máy

6 Chi phí và bảo trì:

Ước lượng chi phí cần thiết cho việc lắp đặt và bảo trì thang máy sử dụng động cơ tuyến tính, bao gồm cả chi phí vận hành và bảo trì định

kỳ

Tính toán và thiết kế thang máy sử dụng động cơ tuyến tính cho tòa nhà

30 tầng đòi hỏi sự chính xác cao và cần phải tuân thủ các quy định an toàn và công nghệ mới nhất để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn cho người sử dụng Thông thường, việc này cần được thực hiện bởi các chuyên gia trong ngành thang máy và kỹ sư có chuyên môn cao

15

-Để xác định công suất cần thiết cho động cơ tuyến tính của thang máy có tải trọng 1000kg và tốc độ di chuyển là 30m/phút, ta có thể

sử dụng công thức cơ bản sau để tính toán công suất:

Công suất (P) = Lực nâng × Vận tốc di chuyển

Tiếp theo, ta sẽ tính công suất:

Công suất = Lực nâng × Vận tốc di chuyển

Công suất = 294300 W ÷ 746 = khoảng 394 HP

-Để thiết kế thang máy sử dụng động cơ tuyến tính có công suất khoảng 394 HP cho việc vận hành tải trọng 1000kg và tốc độ 30m/phút, cần xem xét các bước thiết kế và các yếu tố quan trọng

sau:

1 Chọn Đúng Loại Động Cơ Tuyến Tính:

3 Thiết kế Hệ Thống Điều Khiển:

Xác định hệ thống điều khiển chính xác để điều chỉnh động cơ tuyến tính, bao gồm điều khiển tốc độ, vị trí và an toàn cho người sử dụng

4 Kiểm Soát An Toàn và Tuân Thủ Quy Định:

Đảm bảo rằng thiết kế và lắp đặt tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn và quy định vận hành thang máy

5 Đánh Giá Hiệu Suất và Tính Ổn Định:

Kiểm tra hiệu suất và tính ổn định của hệ thống để đảm bảo hoạt động mượt mà và đáng tin cậy

6 Lựa Chọn Vật Liệu và Công Nghệ Sản Xuất:

Chọn vật liệu và công nghệ sản xuất phù hợp để tạo ra hệ thống thang máy sử dụng động cơ tuyến tính với hiệu suất cao và độ bền tốt

7 Bảo Trì và Kiểm Tra Định Kỳ:

Lên kế hoạch bảo trì định kỳ và kiểm tra để duy trì hiệu suất vận hành tốt nhất của hệ thống thang máy

Thiết kế một hệ thống thang máy sử dụng động cơ tuyến tính có công suất lớn đòi hỏi sự chuyên nghiệp và kiến thức chuyên sâu về cả công nghệ động cơ tuyến tính và nguyên lý vận hành thang máy Việc này

thường được thực hiện bởi các chuyên gia và kỹ sư có chuyên môn cao trong ngành

-Vật liệu được sử dụng trong việc thiết kế động cơ tuyến tính thường phải đáp ứng một số yêu cầu cơ bản như độ bền, ổn định, trọng lượng nhẹ và khả năng chịu nhiệt tốt Dưới đây là một số vật liệu thường được sử dụng:

1 Nam Châm Cao Cấp:

Đối với động cơ tuyến tính, nam châm là một phần cực kỳ quan trọng Loại nam châm phổ biến nhất là nam châm từ các hợp chất như

neodymium iron boron (NdFeB) hoặc samarium cobalt (SmCo) Những loại nam châm này có tính từ mạnh và hiệu suất cao

2 Vật Liệu Cách Điện:

Vật liệu cách điện quan trọng để cách ly các phần từ của động cơ Các vật liệu như cao su, nhựa cách điện hoặc epoxy resin được sử dụng để ngăn chặn sự dẫn điện và cách nhiệt

3 Hợp Kim Nhôm hoặc Hợp Kim Magiê:

Được sử dụng cho các phần cấu tạo của động cơ với tính năng chịu nhiệt tốt và trọng lượng nhẹ

4 Thép không Gỉ (Stainless Steel):

Sử dụng cho các phần chịu lực và đảm bảo tính bền cao

5 Đồng và Nhôm:

Sử dụng cho các dây dẫn, cuộn dây, và các bộ phận truyền dẫn điện

19

6 Composite và Vật liệu Công Nghệ Cao:

Composite, nhựa kỹ thuật, và vật liệu kỹ thuật cao khác có thể được sử dụng để tạo ra các bộ phận cấu tạo có trọng lượng nhẹ và đáp ứng các yêu cầu cụ thể về cơ tính và chịu nhiệt

Lựa chọn vật liệu phụ thuộc vào các yêu cầu kỹ thuật cụ thể của động cơ tuyến tính và các thành phần trong hệ thống Mục tiêu là sử dụng vật liệu phù hợp để đảm bảo hiệu suất, độ bền và ổn định của động cơ trong quá trình vận hành

Công thức để tính lực tương tác trong động cơ tuyến tính dựa trên nguyên lý của luật Fleming về lực điện đối với dòng điện di chuyển trong một trường từ

Lực tương tác (F) giữa dòng điện (I) chạy qua một dây dẫn có độ dài l (l) nằm trong một trường từ có độ dài B (B) là:

F=BILsin(θ)

Trong đó:

F là lực tương tác (đơn vị: Newton)

B là mật độ từ trường (đơn vị: Tesla)

I là dòng điện (đơn vị: Ampere)

L là độ dài của dây dẫn trong trường từ (đơn vị: mét)

θ là góc giữa hướng dòng điện và hướng của từ trường

Đây là một công thức cơ bản để tính lực tương tác trong động cơ tuyến tính Tuy nhiên, trong thiết kế thực tế, có nhiều yếu tố khác nhau cần

xem xét, bao gồm cấu trúc của nam châm, cách bố trí cuộn dây, môi trường từ trường xung quanh, và hiệu suất của hệ thống điều khiển

Để tính toán lực tương tác cụ thể trong một hệ thống động cơ tuyến tính, cần áp dụng công thức trên cùng với các thông số cụ thể của từng thành phần trong hệ thống, và thường cần sự hỗ trợ của phần mềm mô phỏng

và tính toán cụ thể trong việc thiết kế và xác định hiệu suất của động cơ tuyến tính

Để tính toán và thiết kế một động cơ tuyến tính cho thang máy với các thông số kỹ thuật như bạn đã cung cấp (động cơ 394 HP, mật độ từ trường 10000 Tesla, nam châm kích thước 20x20x20 cm, tải trọng 1000kg và tốc độ 30m/phút), cần sử dụng nhiều thông số kỹ thuật và công thức để đảm bảo hiệu suất và an toàn của hệ thống

Tuy nhiên, việc tính toán cụ thể này yêu cầu sử dụng công thức phức tạp

và thông tin chi tiết hơn về cấu trúc cụ thể của động cơ tuyến tính, bố trí nam châm và cuộn dây, cũng như mô hình vận hành của thang máy

Một số công thức và thông số quan trọng để tính toán có thể bao gồm:

Lực từ trường tại bề mặt nam châm:

Lực từ trường = Mật độ từ trường x Khối lượng nam châm x Độ lớn của

21

Dòng điện cần thiết để nâng tải trọng:

Sử dụng công thức lực nâng = Khối lượng x Gia tốc rơi tự do để tính toán lực cần thiết

Dùng công thức lực từ trường = Dòng điện x Chiều dài cuộn dây x Mật

độ từ trường để xác định dòng điện cần thiết để tạo ra lực từ trường phù hợp

Cấu trúc nam châm và cuộn dây:

Số vòng cuộn dây cần thiết sẽ phụ thuộc vào mật độ từ trường mong muốn và thiết kế cụ thể của nam châm và cuộn dây

Bố trí nam châm và cuộn dây sao cho tạo ra một từ trường mạnh và đủ mạnh để nâng và di chuyển tải trọng

Hệ thống điều khiển và cảm biến:

Thiết kế hệ thống điều khiển để điều chỉnh dòng điện điều khiển nam châm và cuộn dây

Sử dụng cảm biến để theo dõi vị trí và tình trạng hoạt động của thang máy