Trang 10 Ngày nay nhu cầu sử dụng năng lượng sạch đang tăng lên mạnh mẽ nguyên do là vì các nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt và việc sử dụng dụng nguồn nhiên liệu này gây ra
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chọn loại động cơ
2.1.1 Vấn đề môi trường và giao thông của nước ta hiện nay
Thực trạng ô nhiễm môi trường không khí ở Việt Nam
Thực trạng ô nhiễm môi trường không khí luôn là vấn đề cấp bách của các quốc gia và Việt Nam cũng không là ngoại lệ Theo Báo cáo thường niên về chỉ số môi trường (The Environmental Performance Index - EPI) do tổ chức Môi trường Mỹ thực hiện, Việt Nam chúng ta là một trong 10 nước ô nhiễm môi trường không khí hàng đầu Châu Á Tiêu biểu là ô nhiễm bụi (PM 10, PM 2.5)
Hai thành phố lớn và đông dân nhất nước ta là Thành phố Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh là nơi bị ô nhiễm không khí nặng nhất của cả nước, có nhiều thời điểm trong ngày bụi mịn (PM 2.5) bao phủ cả bầu trời làm hạn chế tầm nhìn, ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của người dân
Tính đến tháng 2/2020, Việt Nam có gần 3,6 triệu xe ô tô và hơn 45 triệu xe máy Các phương tiện này là nguyên nhân lớn nhất gây ra ô nhiễm không khí tại nước ta Từ năm
2010 - 2017, nồng độ bụi PM2.5 luôn có xu hướng tăng mạnh Từ năm 2019 đến nay, tình trạng cao điểm ô nhiễm khí xảy ra rất thường xuyên tại các thành phố lớn cả nước Điển hình là Thành phố Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh Chỉ số báo cáo chất lượng không khí hàng ngày (Air Quality Index - AQI) tại các thành phố này dao động trong mức 150 -
200, đây là mức báo động rất nguy hiểm
Qúy 1 và 2 năm 2021, tình trạng ô nhiễm không khí tại hai thành phố lớn của nước ta là
Hà Nội và Hồ Chí Minh đã có sự cải thiện khá rõ rệt Cụ thể, kết quả tính toán AQI của cả hai thành phố đều duy trì ở mức thấp và trung bình Nguyên nhân chính là do sự bùng phát của dịch COVID-19 Trong thời gian dịch bệnh, do thực hiện cách ly xã hội nên lượng lưu thông của các phương tiện đã giảm đi đáng kể
Thực trạng ô nhiễm môi trường không khí trên thế giới
Theo Báo cáo Tình trạng không khí toàn cầu năm 2020 công bố ngày 21/10 do Viện Ảnh hưởng Sức khoẻ (HEI) và Viện Đo lường và Đánh giá Sức khoẻ (IHME) tại Đại học Washington và Đại học British Columbia thực hiện thì tình trạng ô nhiễm môi trường không khí trên thế giới rất đáng báo động Tình trạng này đã tồn tại rất lâu từ trước, tuy nhiên do con người vẫn chưa có các biện pháp cụ thể để khắc phục triệt để tình trạng ô nhiễm môi trường không khí
WHO đã gọi tình trạng ô nhiễm môi trường không khí là “kẻ giết người thầm lặng” khi mà 92% dân số thế giới đang sống trong môi trường có chất lượng không khí ở dưới mức tiêu chuẩn của WHO
Hình 2.1 Ô nhiễm môi trường không khí đang đe dọa đến cuộc sống con người
Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường không khí
Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường không khí đến từ rất nhiều nguồn, cơ bản có hai nguồn chính
Nguyên nhân từ tự nhiên
6 Ô nhiễm không khí do sự hoạt động của núi lửa: Núi lửa phun trào mang theo một lượng lớn chất dinh dưỡng cho đất Tuy nhiên thì lại ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường vì một lượng lớn khí Metan, Clo, Lưu huỳnh sinh ra trong quá trình phun trào núi lửa lại là nguyên nhân khiến không khí bị ô nhiễm
Cháy rừng: Với sự nóng lên toàn cầu thì cũng là nguyên nhân dễ gây ra những vụ cháy rừng tự nhiên Những đám cháy rừng sản sinh ra một lượng Nito Oxit khổng lồ Bên cạnh đó, cháy rừng còn giải phóng một lượng khói bụi và tàn tro lớn vào không khí
Gió là tác nhân gián tiếp gây ô nhiễm: Không phải là nguyên nhân trực tiếp nhưng gió cũng là nguyên nhân gián tiếp gây ô nhiễm môi trường không khí Gió chính là phương tiện đưa bụi bẩn, các chất khí độc hại từ các nhà máy, thiên tai, đi xa và lan rộng Điều này khiến sự ô nhiễm lây lan một cách chóng mặt Ô nhiễm không khí do những cơn bão: Những cơn bão sẽ sản sinh ra một lượng lớn khí COx và bụi mịn , còn mang theo rác thải đi khắp nơi, điều này càng làm tăng sự ô nhiễm trong không khí
Ngoài những nguyên nhân được nêu ở trên thì việc phân hủy xác chết động vật, sóng biển hay phóng xạ tự nhiên cũng là những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường không khí
Nguyên nhân từ con người (nhân tạo)
Con người chúng ta là nạn nhân của việc ô nhiễm môi trường, tuy nhiên cũng chính con người cũng lại là những tác nhân chính gây ô nhiễm môi trường Nhiều hoạt động của chúng ta hằng ngày thì lại gây ra sự ô nhiễm môi trường
Hoạt động sản xuất công nghiệp và nông nghiệp Đây là nguyên nhân chính, gây nhức nhối cho cộng đồng và nhà nước, không riêng gì Việt Nam mà rất nhiều các nước đang phát triển điều vướng phải tình trạng này Khói bụi từ các ống xả của nhà máy, xí nghiệp trong những khu công nghiệp thải một lượng lớn khói đen làm đen ngòm một khoảng trời Tuy đã qua xử lý nhưng chúng vẫn thải ra các khí
CO2, CO, SO2, NOx cùng một số chất hữu cơ khác, với nồng độ cực cao làm ngày càng nghiêm trọng hiệu ứng nhà kính
Những khu công nghiệp này không chỉ làm ô nhiễm môi trường không khí mà còn là tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước với chất thải chưa qua xử lý (như vụ việc của nhà máy Formosa), khiến cho các “làng ung thư” được hình thành.Mưa Axit cũng từ đó mà xuất hiện là hậu quả của những hoạt động sản xuất công nghiệp không xử lý thải đúng cách gây nên
Việc lạm dụng thuốc trừ sâu, phân bón trong nông nghiệp hay các hoạt động đốt rơm, rạ, đốt rừng làm rẫy cũng là nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường không khí và cả môi trường nước
Giới thiệu động cơ BLDC
2.2.1 Cấu tạo của động cơ BLDC
Phân loại BLDC motor theo stato có 3 loại : một pha, hai pha và ba pha Trong đó động cơ ba pha được sử dụng thoáng đãng nhất
Hình 2.11: Cấu tạo BLDC motor
Stato gồm có lõi thép là những lá thép kỹ thuật điện ghép cách điện với nhau và dây quấn Hình dạng suất điện động của BLDC motor hoàn toàn có thể là hình sin hoặc hình thang, tùy theo cách quấn dây và khe hở không khí Động cơ có suất điện động hình sin tạo ra moment quyến rũ hơn động cơ hình thang, mặc dầu ngân sách cao hơn do chúng sử dụng thêm những cuộn dây đồng
Hình 2.12: Cấu tạo động cơ BLDC
Stato được cấu tạo từ 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn Ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy được làm bằng gang
Hình 2.13: Cấu tạo của Stato
- Phần lõi thép stato có dạng hình trụ với các lá thép kỹ thuật điện có dập rãnh bên trong, sau đó ghép lại tạo thành các rãnh theo hướng trục Phần lõi thép này được ép vào phía bên trong vỏ máy
- Bộ phận dây quấn stato có thể là dây thép hoặc nhôm, nhưng vì để giảm thiểu thiệt hại trong động cơ mà hiện nay, hầu hết các nhà sản xuất thường sử dụng dây đồng có bọc cách điện và được đặt trong các rãnh của lõi thép Khi dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong dây quấn ba pha của stato, từ trường quay sẽ được tạo ra
Nguyên lý hoạt động của stato
Stato giữ vai trò là tạo ra từ trường và cơ chế hỗ trợ động cơ Các cuộn dây quấn stato được nhúng vào lõi thép stato và khi dòng điện chảy qua lõi stato, nó sẽ tạo ra lực điện động cảm ứng để chuyển đổi năng lượng điện Khi động cơ hoạt động, nhiệt phát sinh do tổn thất nội bộ được truyền qua lõi sắt và chiếu từ bề mặt của cơ sở ra không khí xung quanh Vì vậy, người ta thường thiết kế động cơ như tấm tản nhiệt trên bề mặt ngoài của đế để tăng diện tích tản nhiệt
Roto bao gồm trục đông cơ và các nam châm vĩnh cửu được bối trí xen kẽ giữa các cực bắc và nam
Hình 0-1Hình 2.14: Roto Để đạt được mô-men xoắn cực đại trong động cơ, mật độ từ thông của vật liệu phải cao Cần có vật liệu từ tính thích hợp cho roto để tạo ra mật độ từ trường yêu cầu
Hình bên dưới cho thấy mặt cắt ngang của 3 loại roto theo sự sắp sếp nam châm trong roto
Hình 2.15: Mặt cắt ngang của các loại roto
Hình 2.16: Cảm biến Hall thực tế
BLDC motor sử dụng cảm biến vị trí hiệu ứng Hall (gọi tắt là cảm biến Hall) Cảm biến Hall được gắn trên stato của BLDC để phát hiện các nam châm vĩnh cửu trên roto khi quét qua nó Các cảm biến Hall có thể được gắn để tạo tín hiệu phản hồi lệch pha nhau 60 0 hay
31 Điện áp phản hồi của các CB Hall lệch pha nhau 60 0 và 120: là một hiệu ứng vật lý được thực hiện khi áp dụng một từ trường vuông góc lên một bản làm bằng kim loại hay chất bán dẫn (thanh Hall) đang có dòng điện chạy qua Lúc đó người ta nhận được hiệu điện thế (hiệu thế Hall) sinh ra tại hai mặt đối diện của thanh Hall
2.2.1.4 Bộ chuyển mạch điện tử
2.2.2 Ưu và nhược điểm của động cơ BLDC
Do được kích từ nam châm vĩnh cửu nên giảm tổn hao đồng và sắt trên rotor, động cơ không chổi than motor có nhiều ưu điểm như:
Mật độ từ thông khe hở không khí lớn
Tỷ lệ công suất/khối lượng máy điện tương đối cao
Tỷ lệ momen quán tính lớn (khả năng tăng gia tốc rất nhanh chóng)
Vận hành nhẹ nhàng, êm ái dù ở vận tốc thấp hay cao
Có thể tăng tốc và giảm tốc trong một khoảng thời gian ngắn
Hiệu quả của những động cơ thường chỉ đạt 70~75% trong khi hiệu suất của động cơ không chổi than có thể lên tới 90%
Động cơ không chổi than có khả năng kiểm soát tốc độ tốt hơn, thích hợp cho những ứng dụng tốc độ cao (trên 10.000r/min)
Động cơ không chổi than sẽ giúp người dùng tiết kiệm được chi phí bảo trì, thay thế bàn chải và vành trượt
Do động cơ được kích từ bằng nam châm vĩnh cửu nên khi chế tạo giá thành cao do nam châm vĩnh cửu khá cao nhưng với sự phát triển công nghệ hiện nay thì giá thành nam châm có thể giảm Động cơ BLDC được điều khiển bằng một bộ điều khiển với điện ngõ ra dạng xung vuông và cảm biến Hall được đặt bên trong động cơ để xác định vị trí rotor Điều này làm tăng giá thành đẩu tư khi sử dụng động cơ BLDC Tuy nhiên điều này cho phép điều khiển tốc độ và mômen động cơ dễ dàng, chính xác hơn
Nếu dùng các loại nam châm sắt từ chúng dễ từ hóa nhƣng khả năng tích từ không cao, dễ bị khử từ và đặc tính từ của nam châm bị giảm khi tăng nhiệt độ Nhưng với loại nam châm hiếm như hiện nay thì nhược điểm này đã được cải thiện đáng kể.
Khảo sát băng thử động cơ điện
2.3.1 Giới thiệu băng thử động cơ điện
Băng thử động cơ điện dùng để đo tốc độ và momen xoắn của động cơ điện để tính ra công suất tức thời của động cơ
2.3.2 Phân loại băng thử động cơ điện
Băng thử sử dụng máy phát điện xoay chiều tạo tải cho động cơ dựa trên định luật Lenz Định luật Lenz : Dòng điện cảm ứng có chiều để sao cho từ trường có tác dụng chống lại những nguyên nhân đã sinh ra nó
Lực từ sinh ra trong cuộn dây dẫn kín đặt trong từ trường biến thiên có xu hướng cản trở chuyển động của rotor có độ lớn là :
F = I*B*l*sinα trong đó: F : lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn kín (N)
I : cường độ dòng điện cảm ứng (A)
B : cảm ứng từ (T) l : chiều dài đoạn dây (m) α : góc tạo bởi B và I
Vỏ máy phát điện gắn liền với stato nên khi lực từ xuất hiện thì vỏ máy sẽ có xu hướng quay theo chiều của lực từ Loadcell sẽ được đặt vào vị trí có thể hấp thụ toàn bộ lực do vỏ máy phát quay bằng với lực từ tác dụng vào cuộn stato Khi đó Momen tác dụng vào Loadcell sẽ có giá trị
Với: - Mload: là mômen tải (N.m)
- F: lực tác dụng vào Loadcell (N)
- R: khoảng cách từ vỏ máy phát đến điểm tác dụng lên Loadcell (m) Để thay đổi tải cho động cơ ta có thể thay đổi dòng kích từ vào cuộn dây của rotor
Giới thiệu máy phát điện
2.4.1 Khái niệm máy phát điện
Máy phát điện là một trong ba bộ phận chính làm nhiệm vụ cung cấp năng lượng điện cho xe ô tô Cụ thể, hệ thống cung cấp điện trên xe hơi được tạo thành từ máy phát điện, pin và bộ phận điều chỉnh điện áp Ba bộ phận này sẽ tạo ra, cung cấp và điều chỉnh nguồn năng lượng điện phù hợp cho quá trình vận hành của ô tô
Máy phát điện ô tô là chuyển đổi cơ năng thành điện năng, trong đó nguồn cơ năng có thể là động cơ đốt trong, tua bin nước, tua bin gió,… Thiết bị thường được gắn ở gần động cơ xe và được dẫn động bởi trục khuỷu
Chức năng của máy phát điện trên ô tô
• Phát điện: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ khi một nam châm quay trong một cuộn dây sẽ tạo ra suất điện động (điện áp) trong cuộn dây
Hình 2.18: Máy phát điện ô tô ( Alternator )
• Chỉnh dòng xoay chiều thành dòng một chiều: các thiết bị điện trên ô tô sử dụng dòng điện một chiều nên máy phát sẽ cần phải chỉnh lưu dòng điện
• Chỉnh điện áp đầu ra: dòng điện được tạo ra dựa trên nguyên lý quay một nam châm trong cuộn dây, vì vậy mà dòng điện sẽ phụ thuộc vào tốc độ của nam châm tức tốc độ của động cơ (vì nó dẫn động từ trục khuỷu động cơ) cho nên dòng điện sẽ thay đổi theo tốc độ của động cơ Chính vì vậy mà cần phải điều áp dòng điện ra sao cho ổn định và phù hợp với các thiết bị điện
2.4.2 Cấu tạo máy phát điện
Hình 2.19: Cấu tạo máy phát điện ô tô
Máy phát điện thực hiện một số chức năng Trên các máy phát đời cũ, thành phần của máy phát gồm bộ phận phát điện và chỉnh lưu Chức năng ổn định điện áp được thực hiện
36 bằng một tiết chế lắp rời thông thường là loại rung hay bán dẫn Ngày nay, các máy phát bao gồm 3 bộ phận: phát điện, chỉnh lưu và hiệu chỉnh điện áp Tiết chế vi mạch nhỏ gọn được lắp liền trên máy phát, ngoài chức năng điều áp nó còn báo một số hư hỏng bằng cách điều khiển đèn báo nạp
1 Phát điện Động cơ quay, truyền chuyển động quay đến máy phát điện thông qua dây đai hình chữ
V Rotor của máy phát điện là một nam châm điện Từ trường tạo ra sẽ tương tác lên dây quấn trong stator làm phát sinh ra điện
Dòng điện xoay chiều tạo ra trong máy phát điện không thể sử dụng trực tiếp cho các thiết bị điện mà được chỉnh lưu thành dòng điện một chiều Bộ chỉnh lưu sẽ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều
Tiết chế điều chỉnh điện áp sinh ra Nó đảm bảo hiệu điện thế của dòng điện đi đến các thiết bị là hằng số ngay cả khi tốc độ máy phát điện thay đổi
Bộ phận này tạo ra dòng diện xoay chiều 3 pha, nhờ vào sự thay đổi từ thông bởi rotor quay Stato bao gồm có lõi và cuộn dây, sẽ được đặt trong khung phía trước Do bộ phận này là nơi sinh ra nhiệt lớn nhất trong máy phát điện Nên các cuộn dây được bảo vệ bởi lớp vỏ cách nhiệt tốt chúng được bảo vệ bởi lớp vỏ cách nhiệt tốt
Rotor: Rotor thực chất là một nam châm ở bên trong cuộn dây Stato Nó giúp sinh ra từ trường biến thiên từ đó tạo ra từ trừ trường biến thiên ở bên trong cuộn dây Stato Cuộn dây này được quấn xung quanh 6 cặp lõi cực tức là 12 cực từ Lực điện từ được tạo ra khi có dòng điện chạy bên trong Nhiệt độ sẽ được sinh ra trong Rotor do cường độ dòng điện tăng dần khi chạy qua Rotor Tùy từng các loại máy phát điện nên một số nhà sản xuất có thể trang bị thêm quạt gió đồng trục hoặc đơn giản chỉ cần thiết ế vỏ bên ngoài với vật liệu tản nhiệt tốt
2.4.2.3 Chổi than và cổ góp
Chổi than được làm từ Graphit kim loại được sử dụng để giảm điện trở và điện trở tiếp xúc và đồng thời chống được sự ăn mòn
Hình 2.22: Chổi than và cổ góp
Bộ tiết chế vi mạch điều chỉnh cường độ dòng điện của máy phát xoay chiều bằng cách điều khiển dòng điện tạo từ trường Vì thế điện áp tạo ra luôn ổn định khi tốc độ quay của rô – to thay đổi và khi dòng điện sử dụng thay đổi
Hình 2.23: Tiết chế vi mạch
Bộ nắn dòng thực hiện chức năng chỉnh lưu đầy đủ toàn bộ chu kỳ Để chuyển toàn bộ dòng điện xoay chiều 3 pha được tạo ra từ các cuộn dây stato thành dòng điện một chiều nhờ 6 điốt hoặc (8 điốt với các điốt ở điểm trung tính)
2.4.3 Nguyên lý hoạt động của máy phát điện
Có nhiều phương pháp tạo ra dòng điện, trong những máy phát điện, người ta sử dụng cuộn dây và nam châm làm phát sinh ra dòng điện trong cuộn dây Sức điện động sinh ra trên cuộn dây càng lớn khi:
- Số vòng dây quấn càng nhiều
- Tốc độ quay của nam châm càng nhanh
Khi nam châm được mang lại gần cuộn dây, từ thông xuyên qua cuộn dây tăng lên Ngược lại, khi đưa cuộn dây ra xa, đường sức từ xuyên qua cuộn dây giảm xuống
Giới thiệu về phần mềm SOLIDWORKS
SolidWorks là phần mềm thiết kế 3D chạy trên hệ điều hành Windown và có mặt từ năm
1997, và được tạo bởi công ty Dassault Systèmes SolidWorks Corp., là một nhánh của Dassault Systèmes, S A (Vélizy, Pháp) SolidWorks hiện tại được dùng bởi hơn 2 triệu kỹ sư và nhà thiết kế với hơn 165,000 công ty trên toàn thế giới
Hình 2.25: Sơ đồ khối thu thập dữ liệu
Hiện nay Solidworks được sử dụng khá phổ biến trên thế giới Ở Việt Nam phần mềm này được sử dụng rất nhiều không chỉ trong lĩnh vực cơ khí mà nó còn được mở rộng ra các lĩnh vực khác như: Điện, khoa học ứng dụng, cơ mô phỏng,
Phần mềm Solidworks cung cấp cho người dùng những tính năng tuyệt vời nhất về thiết kế các chi tiết các khối 3D, lắp ráp các chi tiết đó để hình thành nên nhưng bộ phận của máy móc, xuất bản vẽ 2D các chi tiết đó là những tính năng rất phổ biến của phần mềm Solidworks, ngoài ra còn có những tính năng khác nữa như: Phân tích động học ( motion), phân tích động lực học (simulation) Bên cạnh đó phần mềm còn tích hợp modul Solidcam để phục vụ cho việc gia công trên CNC nhờ có phay Solidcam và tiện Solidcam hơn nữa bạn cũng có thể gia công nhiều trục trên Solidcam, modul 3Dquickmold phục vụ cho việc thiết kế khuôn
Hình 2.26 : Logo phần mềm SOLIDWORKS Ưu điểm vượt trội của SOLIDWORKS :
1 Thiết kế mô hình 3D chi tiết
Solidworks vượt trội với các giải pháp thiết kế 3D CAD trực quan, phương pháp xây dựng mô hình 3D tham số một cách nhanh chóng và tối ưu hóa các bước cho người sử
43 dụng Đồng thời, Solidworks cho phép người dùng tái sử dụng dữ liệu bản vẽ 2D và chuyển đổi sang mô hình 3D
2 Công cụ mạnh mẽ, xử lý nhanh gọn các bản thiết kế
So với các phần mềm thiết kế kỹ thuật như Invento, Catia thì Solidworks lại "nhỉnh" hơn về mặt tính năng xử lý nhanh - gọn các bản thiết kế từ cơ bản đến chuyên sâu một cách mượt mà
Hơn hết, với phiên bản Solidworks 2013 trở lên, đối với các bản vẽ có nhiều chi tiết phức tạp thì máy vẫn vận hành trơn tru, không gặp hiện tượng giật lag khi thao tác
3 Thiết kế và lắp ghép các bộ phận thành sản phẩm hoàn chỉnh
Kỳ thực, đây có thể coi là một ưu điểm mạnh của Solidworks khi các bản vẽ chi tiết 3D được thiết kế xong có thể thiết kế, lắp ráp lại với nhau thành một khối hoàn chỉnh Với tính năng này, người dùng có thể tự do sáng tạo những bộ phận và kết hợp chung với nhau cho ra sản phẩm độc nhất
4 Công cụ tạo kích thước tự động
Solidworks tích hợp công cụ tạo kích thước và tự động tùy chỉnh kích thước theo mong muốn của người sử dụng Đồng thời, chức năng ghi độ nhám bề mặt, dung sai kích thước và hình học cũng được tích hợp trong phần mềm
Thêm vào đó, người dùng có thể tạo các hình chiếu vuông góc các bản lắp ráp theo một tỉ lệ và vị trí do bạn quyết định mà vẫn không ảnh hưởng nhiều đến kích thước bản vẽ
5 Giao diện trực quan, dễ sử dụng Đối với người dùng không quá am hiểu về công nghệ thì đây là một điểm cộng rất lớn Solidworks đã tối ưu các giao diện, hỗ trợ người dùng dễ dàng làm quen ngay từ lần trải nghiệm đầu tiên Đặc biệt, nếu bạn đã từng làm việc trên phần mềm AutoCAD, Inventor thì việc làm quen với Solidworks là điều vô cùng dễ dàng
Giới thiệu phần mềm LABVIEW
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là một phần mềm máy tính được phát triển bởi công ty National Instruments LabVIEW dùng trong hầu hết các phòng thí nghiệm, lĩnh vực khoa học kỹ thuật như tự động hóa, điều khiển, điện tử, cơ điện tử, hàng không, hóa sinh, điện tử y sinh ở các nước đặc biệt là Mỹ, Hàn quốc, Nhật Bản
LabVIEW là một phần mềm (bản chất là một môi trường để lập trình cho ngôn ngôn ngữ lâp trình đồ họa) sử dụng rất rộng rãi trong khoa học – kỹ thuật – giáo dục nhằm nhanh chóng và dễ dàng tạo ra các ứng dụng giao tiếp máy tính, đo lường, mô phỏng hệ thống, kết nối thiết bị ngoại vi với máy tính theo thời gian thực Lập trình đồ họa hoàn toàn giống như các ngôn ngữ khác, điểm khác biệt ở đây là giao diện, cách thức tạo ra chương trình không còn là những dòng lệnh như trong Pascal, C mà là những biểu tượng (icon), và dây nối (wire), LabVIEW có tính chất đặc biệt sau:
LabVIEW có thể học nhanh nhất, và cho người chưa có kiến thức lập trình
Sử dụng nhiều nhất trong việc giao tiếp máy tính và thu thập dữ liệu
LabVIEW có thể đo lường được từ bất kỳ cảm biến (tín hiệu dạng điện áp, dòng điện, xung), LabVIEW có thể điều khiển được bất kỳ cơ cấu chấp hành (động cơ DC/AC, động cơ xăng, bơm thủy lực, lò nhiệt, pistion thủy khí,vv.), LabVIEW truyền qua bất kỳ chuẩn giao tiếp máy tính-máy tính, máy tính – thiết bị như chuẩn RS232, chẩn USB, chuẩn PCI, PXI, Wifi, Bluetooth, TCP/IP, vv
LabVIEW hỗ trợ đắc lực cho các kỹ sư ngành Cơ khí, Cơ điện tử, Robotics, Ôtô, Viễn Thông và Điện tử trong việc: Tính toán và thiết kế sản phẩm, sản xuất mẫu (prototyping), mô phỏng và đánh giá chất lượng sản phẩm, vv
Với lịch sử hơn 20 năm, Ngôn ngữ lập trình đồ họa NI LabVIEW đã phát triển và hòan thiện để trở thành một công cụ hỗ trợ đắc lực cho các kỹ sư, và nhà nghiên cứu trong qúa trình kiểm tra, đo lường, và điều khiển Với các tính năng đặc biệt như giảm giá thành, rút
45 ngắn thời gian sản xuất, phân tích dữ liệu thu thập từ thí nghiệm hiệu qủa, điều khiển thiết bị trong công nghiệp tối ưu, NI LabVIEW đã luôn trở thành lựa chọn hàng đầu trong kỹ thuật và khoa học ở hầu hết các châu lục
Hình 2.27: Logo phần mềm LabView Ưu điểm vượt trội của phần mềm LABVIEW :
Phần mềm Labview đang càng ngày phát triển và trở nên chuyên dụng cho các hệ thống đo lường Phần mềm này giúp cho việc thiết kế các thiệt bị đo ảo cho các phần thí nghiệm dựa 89 trên cơ sở là các thiệt bị thật, người sử dụng hoàn toàn có thể thao tác dễ dàng trên các thiết bị ảo này giống như đối với các thiết bị thật
LabVIEW có khả năng thích ứng với các phần cứng và các phần mềm khác nhau nên nó rất hữu ích trong việc thu thập phân tích và xử lý số liệu nên rất tiện dụng cho các phần thí nghiệm Với các ứng dụng hữu ích, LabVIEW đó x m nhập hầu hết các lĩnh vực từ những công việc đơn giản như mô phỏng đến những công việc phức tạp như:
+Tự động hóa: dẫn đường cho máy công cự để tạo các chi tiết, kiểm tra nhiệt độ của motor trong dây truyền lắp ráp
+Trong quân sự: kiểm tra khả năng truyền và nhận angten radar
+Trong năng lượng: thu thập và điều khiển quá trình nặp năng lượng
+Trong ngành viễn thong: sử dụng các thiệt bị ảo qua mạng để thu thập các số liệu tức thời tại một nơi khác Đi theo tìm hiểu, khai thác và ứng dụng của phần mềm LabVIEW, đồ án thiết kế với mục đích tạo ra thiết bị đo để thí nghiệm trong đo lường Cụ thể là: -Mutimeter thực hiện nhiệm vụ đo các thông số cơ bản của xe nhƣ: số vòng quay động cơ (RPM), nhiệt độ nước(THA), áp suất đường ống nạp(PIM), vị trí bướm ga(VTA)…
Các thiết bị thu thập dữ liệu
Cảm biến loadcell
3.1.1 Giới thiệu cảm biến Loadcell
Cảm biến cân nặng loadcell là cảm biến có thể chuyển đổi một lực, trọng lượng thành một tín hiệu điện Giá trị tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, do đó trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ Loadcell điện trở làm việc dựa vào nguyên lý áp lực – trở kháng Khi một tải trọng, một lực tác động lên cảm biến sẽ làm trở kháng thay đổi Sự thay đổi trở kháng này dẫn đến dự thay đổi điện áp đầu ra khi điện áp đầu vào được cấp
Cảm biến loadcell được ứng dụng rộng rãi trong đời sống như: đo khối lượng của vật, phân phối đều trọng lượng sản phẩm trong các dây truyền tự động hóa, đo trọng lượng xe tải…
3.1.2 Cấu tạo cảm biến Loadcell
- Cấu tạo: Loadcell được cấu tạo bởi hai thành phần là: Strain gage và Load Một loadcell thường bao gồm các strain gage được dán vào bề mặt của thân loadcell Thân loadcell là một khối kim loại đàn hồi và tùy theo từng loại loadcell và mục đích sử dụng loadcell, thân loadcell được thiết kế nhiều hình dạng khác nhau, chế tạo bằng nhiều vật liệu khác nhau (nhôm hợp kim, thép không gỉ…)
+ Strain gage là một điện trở đặc biệt, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn ổn định
+ Load là một thanh kim loại có tính đàn hồi
Hình 3.1: Điện trở Strain Gauge
R = Điện trở strain gauge (Ohm)
L = Chiều dài của sợi kim loại strain gauge (m)
A = Tiết diện của sợi kim loại strain gauge (m2) r = Điện trở suất vật liệu của sợi kim loại strain gauge
Khi dây kim loại bị lực tác động sẽ thay đổi điện trở
Khi dây bị lực nén, chiều dài strain gauge giảm, điện trở sẽ giảm xuống
Khi dây bi kéo dãn, chiều dài strain gauge tăng, điện trở sẽ tăng lên Điện trở thay đổi tỷ lệ với lực tác động
Hình 3.2: Khi dây kim loại bị lực tác động
Loadcell hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone Giá trị lực tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, và do đó trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ
3.1.4 Các thông số kỹ thuật của cảm biến
Thông số kĩ thuật cơ bản:
– Độ chính xác: cho biết phần trăm chính xác trong phép đo Độ chính xác phụ thuộc tính chất phi tuyến tính, độ trễ, độ lặp
– Công suất định mức: giá trị khối lượng lớn nhất mà Loadcell có thể đo được
– Dải bù nhiệt độ: là khoảng nhiệt độ mà đầu ra Loadcell được bù vào, nếu nằm ngoài khoảng này, đầu ra không được đảm bảo thực hiện theo đúng chi tiết kĩ thuật được đưa ra – Cấp bảo vệ: được đánh giá theo thang đo IP, (ví dụ: IP65: chống được độ ẩm và bụi) – Điện áp: giá trị điện áp làm việc của Loadcell (thông thường đưa ra giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất 5 – 15 V)
– Độ trễ:hiện tượng trễ khi hiển thị kết quả dẫn tới sai số trong kết quả Thường được đưa ra dưới dạng % của tải trọng
– Trở kháng đầu vào: trở kháng được xác định thông qua S- và S+ khi Loadcell chưa kết nối vào hệ thống hoặc ở chế độ không tải
– Điện trở cách điện: thông thường đo tại dòng DC 50V Giá trị cách điện giữa lớp vỏ kim loại củaLoadcell và thiết bị kết nối dòng điện
– Phá hủy cơ học: giá trị tải trọng mà Loadcell có thể bị phá vỡ hoặc biến dạng
– Giá trị ra: kết quả đo được (đơn vị: mV)
– Trở kháng đầu ra: cho dưới dạng trở kháng được đo giữa Ex+ và EX- trong điều kiện load cell chưa kết nối hoặc hoạt động ở chế độ không tải
– Quá tải an toàn: là công suất mà Loadcell có thể vượt quá (ví dụ: 125% công suất)
– Hệ số tác động của nhiệt độ: Đại lượng được đo ở chế độ có tải, là sự thay đổi công suất củaLoadcell dưới sự thay đổi nhiệt độ, (ví dụ: 0.01%/10°C nghĩa là nếu nhiệt dộ tăng thêm 10°C thì công suất đầy tải của Loadcell tăng thêm 0.01%)
– Hệ số tác động của nhiệt độ tại điểm 0: giống như trên nhưng đo ở chế độ không tải
Có thể phân loại Loadcell như sau:
- Phân loại Loadcell theo lực tác động: chịu kéo (shear Loadcell), chịu nén (compression Loadcell), dạng uốn ( bending), chịu xoắn ( tension Loadcell)
- Phân loại theo hình dạng: dạng đĩa, dạng thanh, dạng trụ, dạng cầu, dạng chữ S
- Phân loại theo kích thước và khả năng chịu tải: bé, vừa, lớn
3.1.6 Ứng dụng của cảm biến Loadcell
Một ứng dụng khá phổ biến thường thấy của Loadcell là được sử dụng trong các loại cân điện tử hiện nay
Từ ứng dụng trong những chiếc cân kĩ thuật đòi hỏi độ chính xác cao cho tới những chiếc cân có trọng tải lớn trong công nghiệp như cân xe tải
Một số ứng dụng khác:
– Trong ngành công nghệ cao:
Với nền khoa học kĩ thuật tiên tiến hiện nay thì loại Loadcell cỡ nhỏ cũng được cải tiến công nghệ và tính ứng dụng cao hơn Loại Loadcell này được gắn vào đầu của ngón tay robot để xác định độ bền kéo và lực nén tác động vào các vật khi chúng cầm nắm hoặc nhấc lên
– Phân phối đều trọng lượng trong công nghiệp:
Công nghệ sử dụng: Các thế báo tải(Loadcell LSB and LCF Series) kết hợp với các thiết bị định hướng và thu thập dữ liệu qua máy tính hoặc PLC
Sơ lược hoạt động: Các load cell được thiết kế để phù hợp với các ứng dụng tự động hóa trong công nghiệp để phân phối đều trọng lượng sản phẩm Như thể hiện trong sơ đồ dưới đây, Loadcell được lắp đặt trong dây chuyền tự động hóa, giám sát việc phân phối khối lượng vào từng bao bì một cách chính xác
+ Một tế bào tải được kết nối với thiết bị đo cần thiết
+ Khi khối lượng sản phẩm cho phân phối vào thùng đủ yêu cầu, Loadcell sẽ phát ra tín hiệu tới bộ diều khiển băng tải để băng tải ngừng làm việc
+ Tín hiệu khi băng tải dừng được truyền đến hệ thống phân phối thùng chứa để xuất thùng chứa
+ Khi thùng chứa được phân phối sẽ phát ra tín hiệu để hệ thống phân phối sản phẩm tiếp tục hoạt động
– Ứng dụng trong cầu đường
Các Loadcell được sử dụng trong việc cảnh báo độ an toàn cầu treo Loadcell được lắp đặt trên các dây cáp để đo sức căng của cáp treo và sức ép chân cầu trong các điều kiện giao thông và thời tiết khác nhau Các dữ liệu thu được sẽ được gửi đến một hệ thống thu thập và xử lí số liệu sau đó số liệu sẽ được xuất ra qua thiết bị truy xuất như điện thoại, máy tính, LCD Từ đó có sự cảnh báo về độ an toàn của cầu Từ đó tìm ra các biện pháp cần thiết để sửa chữa kịp thời
Với rất nhiều ứng dụng và nhu cầu trong cuộc sống, việc sử dụng Loadcell trong công việc là rất cần thiết.
Cảm biến tốc độ bánh xe
Cảm biến tốc độ bánh xe là một thiết bị đo tốc độ, nó đọc tốc độ vòng quay xe bằng phương pháp đo không tiếp xúc Nó là một phần không thể thiếu trong hệ thống kiếm soát phanh Mục đích chính tạo ra cảm biến tốc độ xe là phòng chống sự hãm cứng phanh trong trường hợp cần giảm tốc đột ngột Cảm biến tốc độ xe được gắn trực tiếp bên trên hoặc bên cạnh bánh xe xung (hay còn gọi là vòng xung) Vòng xung được gắn lên bộ phận xe có cùng tốc độ quay với bánh xe trên mặt đường chẳng hạn như trục bánh xe, đĩa phanh, khớp
CV hoặc trục truyền động
Hình 3.4: Cảm biến tốc độ
Hình 3.5 : Cảm biến tiệm cận phát hiện kim loại LJ12A3-4-Z/BX thuộc loại NPN
Phát hiện: Kim loại Điện áp hoạt động: 6~36VDC
Khoảng đo: 4mm Đường kính: 12 mm Đèn báo khi sử dụng
Bảo vệ ngược cực,bảo vệ ngắn mạch, thiết bị phát hiện không tiếp xúc
Màu đen Ngõ ra NPN cực thu hở (cần phải có trở kéo lên VCC).
Bảng 3.1 : Các chân của Cảm biến tiệm cận phát hiện kim loại LJ12A3-4-Z/BX thuộc loại NPN
Board Adruino
Arduino Uno là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau Mạch Arduino Uno thích hợp cho những bạn mới tiếp cận và đam mê về điện tử, lập trình…Dựa
55 trên nền tảng mở do Arduino.cc cung cấp các bạn dễ dàng xây dựng cho mình một dự án nhanh nhất ( lập trình Robot, xe tự hành, điều khiển bật tắt led…)
Chip điều khiển ATmega328P Điện áp hoạt động 5V
56 Điện áp đầu vào(khuyên dùng) 7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V
Số chân Digital 14 (of which 6 provide PWM output)
Dòng điện DC trên mỗi chân I/O 20 mA
Dòng điện DC trên chân 3.3V 50 mA
Flash Memory 32 KB (ATmega328P) of which 0.5 KB used by bootloader
Tốc độ thạch anh 16 MHz
Bảng 3.2 : Thông số kỹ thuật Board Arduino
LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13 Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW)
VIN: Chân này dùng để cấp nguồn ngoài (điện áp cấp từ 7-12VDC)
5V: Điện áp ra 5V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 500mA)
3V3: Điện áp ra 3.3V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 50mA)
GND: Là chân mang điện cực âm trên board
IOREF: Điệp áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO và có thể đọc điện áp trên chân IOREF Chân IOREF không dùng để làm chân cấp nguồn
Hình 3.7: Vi điều khiển ATmega328p
32 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm 0.5KB
2 KB cho SRAM: (Static Random Access Menory): giá trị các biến khai báo sẽ được lưu ở đây Khai báo càng nhiều biến thì càng tốn nhiều bộ nhớ RAM Khi mất nguồn dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất
1 KB cho EEPROM: (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): Là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây và không bị mất dữ liệu khi mất nguồn
Các chân đầu vào và đầu ra
Trên Board Arduino Uno có 14 chân Digital được sử dụng để làm chân đầu vào và đầu ra và chúng sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite(), digitalRead() Giá trị điện áp trên mỗi chân là 5V, dòng trên mỗi chân là 20mA và bên trong có điện trở kéo lên là 20-50
59 ohm Dòng tối đa trên mỗi chân I/O không vượt quá 40mA để tránh trường hợp gây hỏng board mạch
Ngoài ra, một số chân Digital có chức năng đặt biệt:
Serial: 0 (RX) và 1 (TX): Được sử dụng để nhận dữ liệu (RX) và truyền dữ liệu (TX)
PWM: 3, 5, 6, 9 và 11 Cung cấp đầu ra xung PWM với độ phân giải 8 bit bằng hàm analogWrite ()
SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Các chân này hỗ trợ giao tiếp SPI bằng thư viện SPI
LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13 Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW)
TWI/I2C: A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác
Arduino Uno R3 có 6 chân Analog từ A0 đến A5, đầu vào cung cấp độ phân giải là 10 bit.
Mạch chuyển đổi ADC 24bit HX711
Mạch chuyển đổi ADC 24bit Loadcell HX711 được sử dụng để đọc giá trị điện trở thay đổi từ cảm biến Loadcell (thường rất nhỏ không thể đọc trực tiếp bằng VĐK) với độ phân giải ADC 24bit và chuyển sang giao tiếp 2 dây (Clock và Data) để gửi dữ liệu về Vi điều khiển, thích hợp để sử dụng với Loadcell trong các ứng dụng đo cân nặng
Điện áp hoạt động : 2.7~5VDC
Tốc độ lấy mẫu : 10 - 80 SPS ( tùy chỉnh )
Độ phân giải : 24 bit ADC
Độ phân giải điện áp : 40mV
Hình 3.8: Mạch chuyển đổi ADC 24bit Loadcell HX711
Thiết kế và thử nghiệm mô hình băng thử động cơ điện
Thiết kế mô hình băng thử động cơ điện
Sau khi tìm hiểu về phần mềm thiết kế Solidworks kết hợp với các thông số cơ bản của động cơ điện, máy phát điện nhóm chúng tôi bắt đầu thiết kế các chi tiết cần thiết và giá đỡ băng thử động cơ điện
Dưới đây là các bản vẽ kỹ thuật về các chi tiết cần thiết cho việc liên kết giữa động cơ điện và máy phát điện
Hình 4.1 Bản vẽ mặt bích khớp nối cho động cơ
Sau khi đã hoàn thành được bản vẽ kỹ thuật của các chi tiết cần thiết, nhóm chúng tôi tiến hành ước tính khoảng cách, khả năng chịu tác động của giá đỡ trong suốt quá trình thử nghiệm và tiến hành đưa ra bản vẽ kỹ thuật giá đỡ băng thử động cơ phù hợp nhất
Hình 4.2 Bản vẽ giá đỡ động cơ và máy phát
4.1.3 Mô hình 3D của băng thử động cơ điện
Băng thử động cơ điện trong môi trường SOLIDWORKS 3D :
Hình 4.3 Mô hình 3D của băng thử trong môi trường SOLIDWORKS.
Hình 4.4 Mô hình 3D khi nhìn trực diện
Hình 4.5 Mô hình 3D khi nhìn từ trên xuống.
Mô hình thực tế
Thông qua các bản vẽ kỹ thuật từ Solidworks, nhóm chúng tôi tiến hành thi công chế tạo các chi tiết cần thiết và giá đỡ ngoài thực tế
Hình 4.5 : Hình giá đỡ thực tế của băng thử
Hình 4.6 : Mặt bích và khớp nối giữa trục động cơ và máy phát điện.
Quá trình thử nghiệm và đánh giá
4.3.1 Kết quả thực nghiệm phần cơ khí :
Phần cơ khí của băng thử động cơ điện khi nghiệm thu bao gồm:
- Mặt bích và ống lót kết nối trục động cơ với trục máy phát điện
- Giá đỡ động cơ và máy phát điện
- Các ổ đỡ giúp đỡ trục động cơ và trục máy phát điện được đồng trục và giữ cố định chúng
- Panel chứa các bản mạch, công tắc điều khiển và các thiết bị thu thập dữ liệu
Sau khi kết nối hoàn chỉnh các phần cơ khí của băng thử với nhau, nhóm chúng tôi tiến hành chạy thử nghiệm băng thử với các chế độ khác nhau của động cơ theo các bước sau:
- Tiến hành cấp nguồn cho các bản mạch và các thiết bị thu thập dữ liệu
- Cho chạy động cơ ở chế độ không tải ( lúc này công tắc kích từ đang có chức năng là ngắt dòng điện đi qua Rotor của động cơ, vì thế mặc dù động cơ điện dù đang liên tục làm quay trục của máy phát điện nhưng vẫn không hề có bất kì giá trị nào về điện áp lẫn dòng điện được tạo thành từ máy phát điện)
Trên màn hình thông số chỉ cho giá trị tốc độ quay của động cơ thông qua tín hiệu từ cảm biến tốc độ thu được từ đĩa răng gắn trên trục động cơ
- Cho động cơ chạy, bật công tắc từ và bắt đầu thay đổi mức tải ( bộ tạo tải cho băng thử là những dây điện trở nhiệt được mắc song song với nhau
Lúc này các thiết bị thu thập dữ liệu sẽ gửi tín hiệu về màn hình máy tính ( cảm biến Load cell thông qua lực tác dụng lên nó và gửi tín hiệu điện tương ứng sẽ gửi tín hiệu về cho vi xử lý xuất ra màn hình máy tính thông qua phần mềm Labview
Thu thập dữ liệu bằng Labview :
1.3 Cấu trúc một thiết bị trong LabVIEW Gồm 3 phần chính:
Hình 4.6 : Đĩa răng được lắp vào động cơ
-Mặt máy( front panel) Là phần thao tác trực tiếp giữ người và thiết bị, mặt máy có cấu trúc giống như bề mặt của thiết bị thật:
Sơ đồ khối-Block diagram :
Là phần bên trong thiết bị, thực hiện các nhiệm vụ của chương trình, thông tin trong block diagram chuyển qua các dây nối và xử lý trực tiếp tại các khối Sauk hi xây dựng mặt máy, ta viết lệnh bằng các dựng các biểu diễn đồ họa của các hàm chức năng để điều khiển các đối tượng của mặt máy Sơ đồ khối chứa nguồn đồ họa này Tất cả các điều khiển hoặc chỉ thị trên mặng máy đều có một đầu kết nối tương ứng trên sơ đồ khối Ngoài ra sơ đồ khối cũng chứa các hàm và cấu trúc của các thư viện đi kèm của LabView Các dòng nối này trên sơ đồ khối bao gồm các điều khiển và chỉ thị, các hàm và các cấu trúc
Hình 4.8: Sơ đồ khối Block Diagram
- Các bảng công cụ hỗ trợ Trong phần mềm LabVIEW có 3 bảng công cụ chính đó là Tool palette: Là công cụ thao tác trực tiếp trong cả front panel và block diagram Control Palette: Là các thanh dụng cụ chứa các hàm cho fron panel, chỉ hiện trong front panel Các hàm là điều khiển (control) hoặc chỉ hiển thị ( indicator) Funtion palette: Là thư viện chứa các hàm và khối chức năng cho block diagram Chỉ sử dụng được trong block diagram
Các cấu trúc và hàm sử dụng :
- While loop : Là cấu trúc lặp có điều kiện mà chương trình có thể chạy ở bên trong cho tới khi giá trị Boolean đươc truyền tới conditional terminal là false thì dừng vòng lặp
Hàm vào ra file (file I/O) Hàm vào ra file là một điểm mạnh và linh hoạt của LabVIEW phục vụ làm việc với file, trong việc đọc và ghi dữ liệu vào file Ta có thể đọc và ghi dữ liệu với file theo cách sau :
VISA resource name: Khởi tạo các cổng nối tiếp đƣợc chỉ định bởi VISA để thiết lập quy trình
Baud rate : tốc độ truyền, giá trị mặc định là 9600
Data bit: số bit trong dữ liệu, giá trị mặc định là 8
Parity: định tính được sử dụng cho tất cả các giá trị truyền đi và nhận được Đầu vào chấp nhận các giá trị sau đây
Error in: mô tả các điều kiện lỗi xảy ra trước khi nút này chạy
Stop bit: xác định số bit để báo hiệu kết thúc một điều kiện Đầu vào này chấp nhận các giá trị sau đây
Timeout: quy định cụ thể thời gian chờ trong mili giây, cho các quá trình viết và đọc Mặc định là 10000
- Build array: có chức năng x y dựng các phần tử đầu vào thành mảng, ta có thể thêm nhiều phần tử vào
Một số hàm xử lý về chuỗi (string) :
Một chuỗi là một nhóm ký tự ASCII Ta có thể sử dụng các chuỗi cho các bảng thông báo Ở 96 thiết bị điều khiển ta có thể dựng dữ liệu dạng số như là ký tự chuỗi sau đó nối những ký tự chuỗi này tới các số Để cất giữ con số trong một dạng ASCII thì đầu tiên phải biến đổi con số này thành dạng chuỗi trước khi viết con số vào file Một số hàm xử lý về chuỗi sau:
Match Pattern: đưa trả lại substring phù hợp trong chuỗi ban đầu kể từ vị trí offset
Concatenatr Strings: chuyển tất cả các chuỗi ở đầu vào và mảng chuỗi thành một chuỗi duy nhất ở đầu ra
Decimal String To Number: có chức năng biến đổi chuỗi thành dạng số
Hình 4.10 :Sơ đồ khối- Block Diagram các cụm xử lý
1 Biểu tượng tín hiệu vào
2 Biểu tượng xử lý và hiển thị kết quả của cảm biến Loadcell
3 Biểu tượng xử lý và hiển thị kết quả của số vòng quay động cơ
4 Biểu tượng xử lý và đồ thị 2D biểu thị tốc độ và momen của động cơ
Trong quá trình thực hiện thử nghiệm, nhóm đã gặp những khó khăn sau:
- Tín hiệu từ cảm biến tốc độ bị nhiễu do đĩa răng bị đảo khi quay
- Máy phát còn hơi bị đảo khi động cơ quay
- Tín hiệu từ cảm biến Load cell bị nhiễu do chất lượng dây dẫn còn kém và chất lượng cảm biến không cao
- Để khắc phục những khó khăn trên nhóm chúng tôi đã cố gắng điều chỉnh các hệ số cân bằng phù hợp cho bộ vi xử lý khi các cảm biến gửi tín hiệu đến
Các đồ thị dưới đây biểu thị mối tương quan của mô – men xoắn (N.m) theo thời gian, tốc độ quay của động cơ (RPM) theo thời gian và tốc độ quay của động cơ (RPM) theo mô – men xoắn (N.m)
Hình 4.11 : Biểu diễn đồ thị tốc độ động cơ theo thời gian
Time Đồ thị tốc độ theo thời gian
Hình 4.12 : Biểu diễn đồ thị momen theo thời gian cho mức tải thứ 1
Hình 4.13 : Biểu diễn đồ thị momen theo thời gian cho mức tải thứ 2
Time Đồ thị momen xoắn theo thời gian
Time Đồ thị momen xoắn theo thời gian
Hình 4.14 : Biểu diễn đồ thị momen theo thời gian cho mức tải thứ 3
Hình 4.15 : Biểu diễn đồ thị tốc độ theo momen cho mức tải thứ 1
Time Đồ thị momen xoắn theo thời gian
0 44 84 128156184204240264284300320332352356364380384400408420440468480 m o m en xo ắn ( N m ) tốc độ (RPM)
Hình 4.16 : Biểu diễn đồ thị tốc độ theo momen cho mức tải thứ 2
Hình 4.17 : Biểu diễn đồ thị tốc độ theo momen cho mức tải thứ 3
Thông qua các đồ thị trên, có thể nhận thấy rằng khi động cơ điện hoạt động, lúc này động cơ đang cung cấp cho máy phát điện một công suất cơ học đầu vào Khi máy phát điện được kích từ và được nối với dây điện trở nhiệt và bóng đèn, từ công cơ học vào ban đầu máy phát điện tạo ra công suất điện năng tương ứng Công cơ học cung cấp càng lớn
0 76 104 116 136 160 180 204 224 252 280 304 340 384 412 436 472 480 m o m en xo ắn ( N m ) tốc độ (RPM)
0 68 96 120160168184204220244268288312320344372408420448444480 m o m en xo ắn ( N m ) tốc độ (RPM)
78 thì giá trị điện năng càng cao ( hay nói cách khác khi động cơ càng quay nhanh thì máy phát sẽ tạo ra điện năng càng lớn)
Từ đó sẽ tạo ra lực tác dụng lên Loadcell từ đó ta tính ra được momen Loadcell theo công thức Mload = F.R
