Thiết kế mô hình cửa đóng mở tự động

Trước yêu cầu và tính năng ưu việt của cánh cửa tự ñộng như trên cần có một hệ thống cửa ñóng mở tự ñộng phục vụ cho việc ñi lại, ra vào trong các công sở, bệnh viện, nhà khách,…Ngoài ra

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-o0o -NGUYỄN HỒNG HÀ

THIẾT KẾ MÔ HÌNH CỬA ðÓNG MỞ TỰ ðỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: ðiện khí hoá sản xuất nông nghiệp và nông thôn

Mã số: 60.52.54

Giáo viên hướng dẫn: TS Ngô Trí Dương

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa từng ñược

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này

ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2012

Tác giả luận văn

NGUYỄN HỒNG HÀ

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian thực hiện, ñề tài của em ñến nay ñã ñược hoàn thành

Có ñược kết quả này ngoài sự nỗ lực của bản thân, em ñã nhận ñược sự giúp

ñỡ tận tình của các Thầy, Cô giáo trong Khoa Cơ ñiện và bạn bè trong lớp,

ñặc biệt là Thầy giáo hướng dẫn TS Ngô Trí Dương

Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo TS Ngô Trí Dương ñã tận tình

hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình thực hiện ñề tài Em cũng xin chân thành cảm ơn Bộ môn Tự ñộng hóa cùng toàn thể các Thầy, Cô trong Khoa Cơ ñiện Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã giảng dạy, giúp ñỡ em trong Khoá học Cao học 2010-2012

Hà Nội, ngày 01 tháng 09 năm 2012

Học viên

Nguyễn Hồng Hà

MỤC LỤC

Lời cam ñoan……….i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục bảng……… vii

Danh mục hình……… viii

MỞ ðẦU 101

1 ðặt vấn ñề 1

2 Mục ñích của ñề tài 2

3 Nội dung của ñề tài 3

4 Phương pháp nghiên cứu 3

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CỬA ðÓNG MỞ TỰ ðỘNG 4

1.1 Giới thiệu chung về cửa tự ñộng 4

1.1.1 Khái niệm 4

1.1.2 Phân loại cửa tự ñộng 5

1.2 Nguyên tắc hoạt ñộng của hệ thống trong mô hình 8

1.3 Thiết bị cơ khí dùng trong hệ thống cửa ñóng mở tự ñộng 9

1.3.1 Hệ thống cửa 9

1.3.2 Ray dẫn hướng 9

1.3.3 Dây ñai 10

1.3.4 Puli 10

1.3.5 Hệ thống ñiều khiển bên trong cửa tự ñộng 10

1.4 Hệ thống ñiện trong cửa tự ñộng 10

1.4.1 Mạch ñộng lực 11

1.4.2 Mạch ñiều khiển 11

1.4.3 Mạch tín hiệu 11

1.5 Các yêu cầu về trang bị ñiện và tự ñộng hoá 12

1.5.1 Khái quát chung về hoạt ñộng của hệ thống 12

1.5.2 Các yêu cầu về trang bị ñiện 13

CHƯƠNG II THIẾT KẾ CƠ -ðIỆN TRONG HỆ THỐNG MÔ HÌNH 14

2.1 Thiết kế cơ khí 14

2.1.1 Khung mô hình cửa tự ñộng 14

2.1.2 Cơ cấu truyền ñộng của cửa tự ñộng 15

2.1.3 Cánh cửa 15

2.1.4 Thanh ray 16

2.1.5 Con lăn 16

2.1.6 Puli 17

2.1.7 Rãnh trượt dưới 17

2.2 Thiết kế phần ñiện cho hệ thống 17

2.2.1 Các loại ñộng cơ ñiện 17

2.2.2 Tìm hiểu chung về ñộng cơ ñiện một chiều 18

2.2.3 Ứng dụng tính chọn công suất ñộng cơ cho mô hình ñóng mở cửa tự ñộng 36

CHƯƠNG III CHỌN CÁC THIẾT BỊ ðIỆN TRONG ðIỀU KHIỂN MÔ HÌNH 38

3.1 Công tắc hành trình dùng trong mạch ñiều khiển 38

3.1.1 Khái niệm 38

3.1.2 Cấu tạo, chức năng 38

3.1.3 Nguyên lý hoạt ñộng 39

3.2 Tính chọn ñiốt mạch chỉnh lưu 39

3.3 Tính chọn Transitor 39

3.4 Tính chọn IC ổn áp 40

3.5 Encoder 40

3.5.2 Các loại Encoder 41

3.6 PWM 46

3.6.1 Vấn ñề chung……… 46

3.6.2 Bộ phận ñiều khiển cấp thấp nhất (Bộ ñiều chế PWM) 47

3.6.3 Phương pháp ñiều chế PWM 47

3.6.4 ðiều chế PWM ứng dụng ñiều khiển số trong mô hình cửa ñộng mở tự ñộng 48

3.7 Tính chọn máy biến áp 49

3.8 Cảm biến 52

3.8.1 Cảm biến hồng ngoại 52

3.8.2 Cảm biến vị trí 56

3.9 Bộ ñiều khiển lập trình PLC 56

3.9.1 ðịnh nghĩa PLC 56

3.9.2 Cấu trúc và nguyên lý hoạt ñộng của PLC 56

3.9.3 Các vấn ñề chính cần biết khi sử dụng PLC 60

3.9.4 Ưu nhược ñiểm của bộ ñiều khiển lập trình PLC 61

3.9.5 Sơ ñồ thiết kế một bộ ñiều khiển lập trình PLC 63

3.9.6 Những nét cơ bản về PLC S7-200 Siemens 64

3.9.7 Nguyên lý làm việc của PLC S7-200 67

3.9.8 Cấu trúc chương trình của PLC S7-200 68

3.9.9 Giới thiệu tập lệnh trong PLC của S7-200 69

CHƯƠNG IV CHẾ TẠO MÔ HÌNH CỬA ðÓNG MỞ TỰ ðỘNG 72

4.1 Cấu tạo mô hình hệ thống 72

4.2 Tìm hiểu về yêu cầu công nghệ 73

4.3 Giới thiệu chung về mô hình 73

4.4 Mô hình tổng thể bên ngoài 74

4.5 Lưu ñồ chương trình 75

4.5.2 Phân cổng vào ra 75

4.6 Sơ ñồ nguyên lý và sơ ñồ tủ ñiện 76

4.7 Lưu ñồ chương trình 78

4.8 Giản ñồ thang 80

4.8.1 Khối tạo in/Main (OB1) 80

4.8.2 Khối tạo tham số PID (SBR0) 87

4.8.3 Khối tạo HSC (SBR1) 88

4.8.4 Khối tạo in/ngắt HSC (INTO) 89

4.8.5 Khối tạo in/PWM0 RUN (SBR2) 90

4.8.6 Khối tạo in/PID0 INIT (SBR3) 91

4.8.7 Khối tạo in/PID EXE(INT1) 91

4.9 Nguyên lý hoạt ñộng của chương trình 92

4.10 Một số hình ảnh mô hình hệ thống 95

KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 99

1 Kết luận 99

2 ðề nghị 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

Phụ lục 1- Nhóm lệnh xuất nhập cơ bản 101

Phụ lục 2 - Nhóm lệnh so sánh 103

Phụ lục 3 - Nhóm lệnh di chuyển dữ liệu 105

Phụ lục 4 - Nhóm các lệnh số học 107

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Các vấn ñề chính cần biết khi sử dụng PLC 60

Bảng 3.2 So sánh một số loại PLC thông dụng khác nhau 64

Bảng 3.3 Chức năng các chân 66

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cửa cuốn 6

Hình 1.2 Cửa kéo 7

Hình 1.3 Cửa trượt 2 cánh 7

Hình 1.4 Cửa trượt, cửa quay 8

Hình 1.5 ðồ thị tốc ñộ của mô hình ñóng mở cửa tự ñộng 13

Hình 2.1 Khung mô hình 14

Hình 2.2 Cơ cấu truyền ñộng 15

Hình 2.3 Cánh cửa 15

Hình 2.4 Thanh ray 16

Hình 2.5 Con lăn 16

Hình 2.6 Puli 17

Hình 2.7 Rãnh trượt dưới 17

Hình 2.8 Sự phối hợp ñặc tính cơ của ñộng cơ và của tải 20

Hình 2.9 Các ñặc tính của ñộng cơ 1 chiều kích từ ñộc lập khi thay ñổi ñiện trở phụ 21

Hình 2.10 ðặc tính cơ của ñộng cơ kích từ ñộc lập khi thay ñổi từ thông 22

Hình 2.11 ðặc tính cơ của ñộng cơ kích từ ñộc lập khi giảm áp 23

Hình 2.12 Sơ ñồ khối và sơ ñồ thay thế ở chế ñộ xác lập 25

Hình 2.13 Xác ñịnh phạm vi ñiều chỉnh 26

Hình 2.14 Pham vi ñiều chỉnh tốc ñộ 28

Hình 2.15 ðặc tính ñiều chỉnh từ thông 30

Hình 2.16-a Hệ truyền ñộng dùng một bộ biến ñổicấp cho phần ứng và ñảo chiều quay bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng 31

Hình 2.16-b Hệ truyền ñộng dùng một bộ biến ñổicấp cho phần ứng ñộng cơ và ñảo chiều quay bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng 31

Hình 2.16-c Hệ truyền ñộng dùng hai bộ biến ñổi cấp cho phần ứng ñiều khiển riêng 32

Hình 2.16-d Hệ truyền ñộng dùng 2 bộ biến ñổicấp cho phần ứng ñiều khiển riêng 32

Hình 2.16-e Hệ truyền ñộng dùng 2 bộ biến ñổinối theo sơ ñồ chéo ñiều

Hình 2.17 Sơ ñồ nguyên lý ñiều chỉnh xung áp loại A 34

Hình 2.18 Nguyên lý ñiều chỉnh của BðC xung áp loại A trong chế ñộ Ilt 34

Hình 2.19 Nguyên lý ñiều chỉnh của BðC xung áp loại trong chế ñộ Igñ 34

Hình 2.20 Sơ ñồ nguyên lý ñiều chỉnh xung áp loại B 35

Hình 2.21 ðặc tính cơ của bộ ñiều chỉnh xung áp loại 35

Hình 3.1 Công tắc hành trình 38

Hình 3.2 Encoder kiểu quay 41

Hình 3.3 ðĩa quang 42

Hình 3.4 Encoder gia số kiểu quay 43

Hình 3.5 Encoder kiểu thẳng 44

Hình 3.6 Encoder xung 44

Hình 3.7 Nguyên lý làm việc của Encoder xung 45

Hình 3.8 Sử dụng Encoder xung làm cảm biến vị trí 45

Hình 3.9 Sơ ñồ ứng dụng Encoder xung giao tiếp với ñiều khiển 46

Hình 3.10 Sơ ñồ máy biến áp 51

Hình 3.11 Lõi biến áp 51

Hình 3.12 Sơ ñồ nguyên l ý của cảm biến hồng ngoại 55

Hình 3.13 Sơ ñồ cấu tạo cảm biến vị trí 56

Hình 3.14 Cấu trúc phần cứng của PLC 57

Hình 3.15 Các bit ñầu vào trong PLC và các tín hiệu bên ngoài 59

Hình 3.16 Các bit ñầu ra trong PLC và các tín hiệu bên ngoài 60

Hình 3.17 Sơ ñồ thiết kế một bộ ñiều khiển lập trình PLC 63

Hình 3.18 Sơ ñồ chân cáp RS232 65

Hình 3.19 Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200 66

Hình 3.20 Sơ ñồ vòng quét trong PLC S7-200 67

Hình 3.21 Kết nối CPU S7-200 với máy tính 68

Hình 4.1 Cấu tạo bên ngoài mô hình hệ thống 72

Hình 4.2 Mô hình 3D hệ thống ñiều khiển cửa ñóng mở tự ñộng 74

Hình 4.2 Mô hình nhìn từ ngoài vào 98

MỞ đẦU

1 đặt vấn ựề

Trong xã hội văn minh hiện ựại, cửa là một bộ phận không thể thiếu ựược trong từng công trình kiến trúc Nhưng hầu hết những loại cửa bình thường mà chúng ta hay dùng hiện nay lại có những nhược ựiểm gây phiền toái cho người sử dụng ựó là: Cửa thường chỉ ựóng mở ựược khi có tác ựộng

của con người vào nó

Việc thiết kế ra một loại cửa tiện ắch hơn, ựa năng hơn, phục vụ tốt hơn cho ựời sống con người là tất yếu và vô cùng cần thiết Do vậy, cần thiết kế ra một loại cửa tự ựộng khắc phục tốt những nhược ựiểm của cửa thường Xuất phát từ yêu cầu ựó, cửa tự ựộng ựược thiết kế là ựể tạo ra ựược loại cỏa võa duy trì những yêu cầu trước ựây, vừa khắc phục những nhược ựiểm của cửa thông thường Vì khi sử dụng cửa tự ựộng người dùng hoàn toàn không phải tác ựộng trực tiếp lên cánh cửa mà cửa vẫn tự ựộng mở theo ý muốn của mình

Với tắnh năng này, cửa tự ựộng mang lại những thuận lợi lớn cho người

sử dụng như: Nếu người dùng cửa ựang bê, vác vật gì ựó thì cửa tự ựộng không những chỉ tạo cảm giác thoải mái mà thực sự ựã giúp người dùng, tạo thuận lợi cho người hoàn thành công việc mà không bị cản trở Sử dụng cửa tự ựộng sẽ giúp người dùng nó ựỡ tốn thời gian ựể ựóng mở cửa Cửa tự ựộng rõ ràng sẽ ựem lại cảm giác thoải mái cho người dùng, loại bỏ hoàn toàn cảm giác ngại, khó chịu như khi dùng cửa thường

đặc biệt, ở những nơi công cộng, công sở, cửa tự ựộng ngày càng phát huy ưu ựiểm đó là vì cửa tự ựộng sẽ giúp cho lưu thông qua cửa nhanh chóng

dễ dàng, cũng như sẽ giảm ựi những va chạm khi nhiều người cùng sử dụng chung một cánh cửa

Thêm vào ñó, hiện nay hệ thống máy lạnh ñược sử dụng khá rộng rãi ở những nơi công sở, công cộng Nếu ta dùng loại cửa bình thường thì phải ñảm bảo cửa luôn ñóng khi không co người qua lại ñể tránh thất thoát hơi lạnh ra ngoài gây lãng phí Thế nhưng ñiều này trong thực tế lại rất khó thực hiện vì ý thức của mỗi người ở nơi công cộng là rất khác nhau Do ñó, cửa tự ñộng, với tính chất là luôn ñóng khi không có người qua lại ñã ñáp ứng ñược tốt yêu cầu này

Chính vì những ưu ñiểm nổi bật của cửa tự ñộng mà chúng ta càng phải phát triển ứng dụng nó rộng rãi hơn, ñồng thời nghiên cứu ñể cải tiến và nâng cao chất lượng hoạt ñộng của cửa tự ñộng ñể nó ngày càng hiện ñại hơn, tiện ích hơn

Trước yêu cầu và tính năng ưu việt của cánh cửa tự ñộng như trên cần

có một hệ thống cửa ñóng mở tự ñộng phục vụ cho việc ñi lại, ra vào trong các công sở, bệnh viện, nhà khách,…Ngoài ra, hệ thống cửa ñóng mở tự ñộng còn ñược ứng dụng trong các mô hình học cụ ñể giảng dạy trong các trường học, dạy nghề,…Chính vì thế, ñược sự góp ý và ñộng viêc tận tình của Thầy

giáo TS Ngô Trí Dương em ñã tiếp nhận và tiến hành nghiên cứu ñề tài

“Thiết kế Mô hình cửa ñóng mở tự ñộng”

ðể nghiên cứu một cách chính xác và cụ thể về cửa tự ñộng, cần thiết phải chế tạo ra mô hình cửa ñóng mở tự ñộng, mô tả hoạt ñộng, hình dáng, cấu tạo của cửa tự ñộng Từ mô hình này ta có thể quan sát và tìm hiểu hoạt ñộng của cửa tự ñộng, cũng như có thể lường trước những khói khăn có thể gặp phải khi chế tạo cửa tự ñộng trên thực tế Cũng từ mô hình có thể thấy ñược ưu nhược ñiểm của thiết kế mà từ ñó khắc phục những hạn chế, phát huy thế mạnh thiết kế cánh cửa ưu việt hơn, hoàn thiện hơn cho con người

2 Mục ñích của ñề tài

- Nghiên cứu, thiết kế mô hình cửa ñóng mở tự ñộng Từ ñó triển khai,

ứng dụng mô hình vào thực tế với các thiết bị có sẵn trong nước cũng như

- Nghiên cứu cở sở lý thuyết ñể xây dựng mạch ñiều khiển tự ñộng cho

- Xây dựng thuật toán ñiều khiển mô hình

- Chọn thiết bị ñiều khiển, cảm biến thu nhận tín hiệu Xây dựng mô hình thực nghiệm và lập trình ñiều khiển hệ thống cửa ñóng mở tự ñộng

4 Phương pháp nghiên cứu

a Các kết quả nghiên cứu kế thừa

- Kế thừa các công trình nghiên cứu của thế hệ trước về cơ sở lý thuyết của các phần mềm lập trình như: PLC S7-200, Orcad, phần mềm mô phỏng Matlab 7.0

- Kế thừa các mô hình ñã có trong thực tế

b ðịnh hướng nghiên cứu

- Nghiên cứu phần mềm lập trình trên máy tính

- Thay ñổi phương pháp lập trình ñể tìm ra phương pháp ñơn giản, dễ

sử dụng và mang lại hiệu quả cao nhất

c Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng

Chạy thử mô hình nhiều lần, kiểm tra và phát hiện lỗi của hệ thống ñiều khiển trong mô hình và lỗi của chương trình ñiều khiển rồi từ ñó hoàn thiện

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CỬA ðÓNG MỞ TỰ ðỘNG

1.1 Giới thiệu chung về cửa tự ñộng

1.1.1 Khái niệm

Cửa tự ñộng là một loại cửa có thể ñóng mở một cách tự ñộng mà không cần sự tác ñộng trực tiếp của con người (như phải ñẩy cửa ra hoặc ñẩy cửa vào hay phải bật tắt các công tắc như các cửa thông thường khác) Mà chỉ cần khi có người hoặc vật ñến gần thì cửa sẽ tự ñộng mở ra và khi không có người thì nó tự ñộng ñóng lại

Loại cửa này rất tiện lợi giúp người hoặc vật có thể ñi ra hoặc ñi vào dễ dàng thay thế việc ñóng mở cửa bằng tay có thể mất thời gian và ñôi khi gây không ít phiền toái Sử dụng loại cửa này rất thuận tiện cho việc lưu thông, bốc dỡ hàng hoá, tiện lợi cho người mang vác vật cồng kềnh (như ở nhà ga, sân bay, bến cảng v.v )

Về mặt thẩm mỹ tuy không cầu kì nhưng việc lắp ñặt và sử dụng loại cửa này làm cho không gian và kiến trúc của công trình rộng rãi hơn và mang dáng vẻ hiện ñại và sang trọng

Hiện nay trên thế giới xuất hiện nhiều loại cửa ñóng mở tự ñộng khác nhau với nhiều hình dáng, kích thước, chức năng khác nhau, ñáp ứng mọi yêu cầu và mục ñích của người dùng Tính năng và công dụng ngày càng ñược nâng cao, an toàn vá ñảm bảo hiệu quả về tiết kiệm không gian, thời gian và năng lượng

Cửa tự ñộng cũng có một hệ thống ñiện tương ñối phức tạp, vừa phải ñảm bảo chạy ñúng từng vị trí Làm thế nào ñể người vào và người ra không phải ñợi quá lâu trong khi cửa ñang ở trạng thái ñóng hay ở trạng thái mở cửa,

và lưư lượng người ra vào liên tục như thế, ñòi hỏi việc thiết kế phần ñiện và phần lập trình cho PLC là hết sức phức tạp

Nó sẽ phải ñảm bảo an toàn cho mỗi hành khách, hàng hóa Ngoài các

hệ thống ñóng cắt bằng ñiện, giám sát hoạt ñộng của cửa thông qua các cảm biến ñể bảo vệ bằng cách cho chạy hay không cho chạy, nó còn có các hệ thống bảo vệ cơ khí cho cửa khi sự cố xảy ra, có tác dụng khi cửa mở quá nhanh hay ñóng quá nhanh nó sẽ kìm hãm lại, phòng trừ cho trường hợp ñứt dây ñai Về phần ñiện ñảm bảo ñộ êm khi chạy không giật mạnh, không dừng lại mà phải hãm nhẹ bằng ñiện và phải ñảm bảo ñóng mở chính xác, ñúng lúc ñể cho người ra vào ñược thuận lợi nhất

1.1.2 Phân loại cửa tự ñộng

Cửa tự ñộng ñược chia ra làm nhiều loại và theo những tiêu chuẩn khác nhau

a Theo sơ ñồ dẫn ñộng

* Cửa ñóng mở theo thuỷ lực

ðặc ñiểm của loại này là của ñược kéo sang trái và sang phải, nhờ pittông- xilanh thuỷ lực nên hành trình bị hạn chế Hiện nay cửa tự ñộng bằng thuỷ lực với hành trình ñóng mở chậm nên không ñược ứng dụng nhiều trong thực tế ñóng mở cửa tự ñộng

* Cửa ñóng mở theo phương pháp dẫn ñộng ñiện

Loại này ñóng mở cửa nhờ ñộng cơ ñiện một chiều ñược truyền qua hộp giảm tốc tới puli rồi tới dây ñai treo cửa Chính nhờ dây ñai treo cửa mà hành trình kéo cửa của nó không bị hạn chế Do vậy hệ thống cửa hoạt ñộng theo nguyên tắc này ñược ứng dụng rộng rãi trong thực tế, vì nó có kết cấu ñơn giản, tiết diện nhỏ, chuyển ñộng êm, an toàn và tiết kiệm không gian sử dụng

Ngoài ra có hệ thống cửa ñóng mở tự ñộng theo nguyên tắc khí nén Hệ thống cửa này tương tự hệ thống cửa ñiều khiển bằng ñộng cơ Một số tín hiệu

ñể sử dụng, ñiều khiển bằng khí nén thông thường có cấu trúc phức tạp, khó ñiều chỉnh hơn

b Theo tính chất và công dụng của cửa

Những năm gần ñây việc lắp ñặt hệ thống cửa này càng ñược phổ biến Với nhiều mẫu mã, chủng loại và hình dáng khác nhau Phù hợp với không gian

sử dụng của từng công trình Theo cách này có thể chia làm các loại cửa sau:

● Cửa cuốn

Loại cửa này có ưu ñiểm tiện dụng và rất dễ sử dụng, chỉ cần một ñộng cơ công suất nhỏ Nó có tính kinh tế khá cao vì không mấy khó khăn khi làm loại cửa này Nhưng loại cửa này có nhược ñiểm không chắc chắn và dễ bị hỏng

Hình 1.2 Cửa kéo

c Cửa trượt

Hình 1.3 Cửa trượt 2 cánh

ðây là loại cửa ñược sử dụng nhiều nhất trên thị trường hiện nay Ta có thể

dễ dàng bắt gặp loại cửa này ở những trung tâm thương mại lớn (Big C, Metro ), các ngân hàng (VPBank, Vietin Bank, ), các bệnh viện, khách sạn lớn

Cửa có 2 cánh ñược treo lên 1 hệ thống dây ñai và Puli Hai Puli quay tròn ñược là nhờ một ñộng cơ ñiện một chiều hoặc ñộng cơ ñiện ñặc biệt không chổi than Hai cánh cửa ñược ñặt trên một thanh ray ñể dẫn ñường cho cửa ñẩy ra ñẩy vào không bị chệch hướng Ở giữa cửa có gắn 2 cảm biến hồng ngoại ñể phát hiện người hoặc vật khi ñến gần Các cảm biến vị trí, tốc

ñộ (sử dụng là các cảm biến từ) ñược gắn ngang với dây ñai ñể hạn chế tốc ñộ

Nhược ñiểm của loại cửa này là không hề chắc chắn

- Do tính phổ biến, yêu cầu ñảm bảo tính mỹ quan của công trình cho nên ñôi khi kết cấu cơ khí của cửa rất cồng kềnh

- Do tính phổ biến của nó mà chỉ riêng loại cửa này ñã ñược chia làm nhiều loại:

+ Cửa trượt 1 cánh (mở về 1 bên) loại cửa này ñược sử dụng ở những nơi có số lượng người ra vào không nhiều (khách sạn, nhà nghỉ) hay các công

sở không có tính chất giao dịch

+ Cửa trượt 2 cánh (mở về 2 bên)

+ Cửa trượt xếp (cửa cuốn)

Hình 1.4 Cửa trượt, cửa quay

1.2 Nguyên tắc hoạt ñộng của hệ thống trong mô hình

Cửa ñược ñiều khiển bằng một hệ thống bán tự ñộng, vừa ñiều khiển bằng tay và vừa tự ñộng

Bằng tay là ta bấm nút và tự ñộng là sự tính toán ñể ñóng mở cửa theo ñúng vị trí cần thiết và phải ñảm bảo cho các vị trí khác cũng ñược hoạt ñộng theo luật của nó ðể có thể ñiều khiển hoạt ñộng một cách an toàn thì nó phải

trang bị các linh kiện ñiện tử, thiết bị ñiện, thiết bị cơ khí ñược kết nối theo ñúng chức năng yêu cầu và an toàn

ðể ñảm bảo ñược năng suất, hiệu suất một cách tối ưu trong quá trình ñóng mở cửa và vận chuyển hàng hóa ñược an toàn, một nguyên tắc cơ bản

ñó là ưu tiên theo chiều chuyển ñộng Như ta muốn ra hay vào trong ta chỉ cần ñi gần ñến nơi thì cửa tự ñộng mở hay ñóng do ta bố trí hai cảm biến hồng ngoại trước cửa và sau cửa ñể nhận ñược phản hồi từ người hay vật phát ra sau ñó thu nhận và truyền về ñể ñóng mở các tiếp ñiểm của PLC

ðây cũng là nguyên tắc ưu tiên tối ưu về ñóng mở cửa tự ñộng Nguyên tắc này ñược lập trình ñể nạp vào bộ xử lý và ñược ñưa ra các tín hiệu ñể ñóng, cắt rơle làm cho ñộng cơ quay thuận hay quay ngược, hãm phanh, mở cửa Các tín hiệu ñầu vào là các công tắc hành trình, cảm biến, nút ấn ñể nó tác ñộng ñảm bảo ñúng yêu cầu

1.3 Thiết bị cơ khí dùng trong hệ thống cửa ñóng mở tự ñộng

1.3.1 Hệ thống cửa

Cửa thường ñược làm bằng kính hay bằng nhiều thanh nhôm ghép lại với nhau, hay làm bằng các tấm thép dập, vv… Tuỳ theo yêu cầu của từng loại cửa mà người ta có thể làm các loại cánh cửa bằng những vật liệu khác nhau, phù hợp với từng yêu cầu cụ thể của khách hàng ñặt các loại cánh cửa

ñảm bảo cho cánh cửa luôn luôn nằm ở vị trí thiết kế của chúng không bị dịch chuyển theo phương khác trong quá trình chuyển ñộng

Ray dẫn hướng của cánh cửa loại dùng cho cửa luồn hoặc cửa cuốn trong các bãi xe hoặc trong các kho chứa hàng có thể là thép góc hoặc các thanh thép hình chữ U Các loại cửa kéo thường dùng các loại ray dẫn hướng chuyên dụng, có ñộ chính xác chế tạo cao và các bề mặt tiếp xúc với cửa thường phải ñảm bảo theo ñúng tiêu chuẩn quy ñịnh

1.3.3 Dây ñai

Dây ñai ñể treo cánh cửa thường ñược làm bằng những vật liệu ñặc biệt vừa có thể chịu ñược lực kéo của ñộng cơ vừa có thể ñủ bền ñể chịu ñược trọng lượng của cánh cửa ðối với những loại cửa dùng trong các siêu thị, nhà hàng, Nhà khách Chính phủ v.v…Thường làm bằng kính trọng lượng của hai cánh cửa khoảng 20 kg Còn ñối với các loại cửa dùng trong các bãi ñỗ xe hay trong các kho chứa hàng thì thường làm bằng xích ñể kéo cửa theo phương thẳng ñứng, do ñó xích thường ñược chế tạo theo ñúng tiêu chuẩn vừa ñể ñảm bảo ñộ bền cơ khí, vừa phải ñảm bảo chịu ñược trọng lượng của cánh cửa khi kéo cửa lên

1.3.4 Puli

Puli ñể làm quay dây ñai thường làm bằng thép chịu lực, nó có ñộ cứng, ñộ bền cơ học, chịu ñược nhiệt ñộ và khí hậu của môi trường khi làm việc, không bị cong vênh hay bị vỡ khi làm việc

1.3.5 Hệ thống ñiều khiển bên trong cửa tự ñộng

Hệ thống ñiều khiển bên trong cửa tự ñộng là toàn bộ các trang thiết bị

và linh kiện ñiện tử, ñiện tử, bán dẫn ñảm bảo cho cửa hoạt ñộng theo ñúng chức năng yêu cầu và ñảm bảo an toàn

1.4 Hệ thống ñiện trong cửa tự ñộng

Hệ thống ñiện trong cửa tự ñộng bao gồm các mạch sau:

1.4.1 Mạch ñộng lực

Là hệ thống ñiều khiển cơ cấu dẫn ñộng ñể ñóng mở, ñảo chiều ñộng

cơ dẫn ñộng Hệ thống phải ñảm bảo việc ñiều chỉnh tốc ñộ chuyển ñộng của cửa sao cho quá trình mở máy và dừng êm không gây tiếng ồn khi làm việc

1.4.2 Mạch ñiều khiển

Là hệ thống ñiều khiển cửa có tác dụng thực hiện một quá trình ñiều khiển phức tạp, phù hợp với chức năng yêu cầu của cửa Hệ thống ñiều khiển ñóng mở cửa ñược thực hiện liên tục nhờ sự nhận tín hiệu ñiều khiển ñóng mở

từ cảm biến hồng ngoại, ñược ghi nhận rồi truyền về cho PLC xử lý các tín hiệu ñó và ra các lệnh ñiều khiển cho việc ñóng mở cửa

- Mất ñiện ñiều khiển, mất ñường tiếp ñất, mất pha, ñảo pha

1.5 Các yêu cầu về trang bị ñiện và tự ñộng hoá

1.5.1 Khái quát chung về hoạt ñộng của hệ thống

Khi có người hoặc vật ñến gần cửa cảm biến nhận biết ñược tác ñộng Cảm biến này truyền tín hiệu ñến bộ ñiều khiển chương trình (ðKCT), bộ ðKCT xử lý tín hiệu và phát tín hiệu mở cửa cho ñộng cơ truyền ñộng Khi

mở cửa, ban ñầu cửa mở ra nhanh với tốc ñộ (V1) gần hết hành trình mở cửa

cơ cấu cửa tác ñộng lên cảm biến vị trí (G1), bị tác ñộng cảm biến vị trí G1 truyền tín hiệu ñến bộ ñiều khiển chương trình Bộ ñiều khiển chương trình

xử lý tín hiệu và phát tín hiệu cho ñộng cơ truyền ñộng giảm tốc ñộ ñể cửa

mở ra với tốc ñộ chậm (V2) Cuối hành trình mở cửa cơ cấu cửa tác ñộng lên công tắc hành trình D1 (công tắc giới hạn mở), D1 ñóng nối tín hiệu tới bộ ñiều khiển, bộ ñiều khiển chương trình phát tín hiệu dừng, ñộng cơ truyền ñộng cánh cửa dừng lại Sau một thời gian ñặt bộ ñiều khiển chương trình phát tín hiệu cho ñộng cơ truyền ñộng quay ngược ñể ñóng cửa Ban ñầu cửa cũng ñược ñóng lại nhanh với tốc ñộ (V1), gần hết hành trình ñóng cửa do tác ñộng của cơ cấu lên cảm biến vị trí (G2), bị tác ñộng cảm biến (G1) truyền tín hiệu và phát tín hiệu cho ñộng cơ truyền ñộng giảm tốc ñộ ñể cửa ñóng lại với vận tốc (V2) Cuối hành trình ñóng, cơ cấu cửa tác ñộng lên cơ cấu hành trình D2 (công tắc giới hạn ñóng), D2 ñóng nối tín hiệu tới bộ ðKCT, bộ ðKCT phát tín hiệu dừng ñộng cơ truyền ñộng cánh cửa dừng lại

Trong quá trình ñóng cửa hoặc dừng tại cuối hành trình mở, nếu cảm biến nhận biết bị tác ñộng thì cửa ñược mở và ngược lại (nếu ñang hành trình ñóng hoặc mở thì phải ñảm bảo ñộ an toàn khi dừng) Ta tóm tắt quá trình hoạt ñộng của hệ thống qua ñồ thị sau:

Hình 1.5 đồ thị tốc ựộ của mô hình ựóng mở cửa tự ựộng

M-Mở cửa; đ-đóng cửa

1.5.2 Các yêu cầu về trang bị ựiện

- động cơ truyền ựộng ựiện phải ựảm bảo 2 ựiều kiện:

+ đảo ựược chiều quay (quay thuận và quay ngược) ựể ựóng và mở cửa + điều khiển ựược ở hai cấp tốc ựộ V1 và V2

- Cảm biến thu nhận: Phải ựảm bảo khi có người ựến gần, cửa phải tác ựộng và truyền tắn hiệu ựến bộ ựiều khiển

- Cảm biến vị trắ và công tắc hành trình: Phải ựảm bảo khi cơ cấu cửa tác ựộng lên thì phát tắn hiệu ựến bộ ựiều khiển ựể ựiều khiển giảm tốc ựộ và dừng

an toàn

- Bộ ựiều khiển chương trình: Phải ựảm bảo khi có tắn hiệu truyền ựến

xử lý và ựưa tắn hiệu ựầu ra ựiều khiển ựộng cơ hoạt ựộng ựúng theo yêu cầu công nghệ ựặt ra như mở, ựóng, giảm tốc ựộ, dừng chắnh xác, an toànẦ

- Hệ thống cửa tự ựộng ựược ựiều khiển ựóng mở hoàn toàn nhờ vào tắn hiệu của các bộ cảm biến Vì vậy cần phải trang bị thêm các nút ấn liên ựộng (Stop, Start) ựể ựảm bảo trường hợp các cảm biến gặp trục trăc không ựiều khiển ựược thì người vận hành có thể ựiều khiển ựóng mở bằng các nút ấn

- Các phần tử dùng trong hệ thống phải ựảm bảo chế ựộ làm việc liên tục, lâu dài, làm việc trong môi trường khắc nghiệt

- Các phần tử ựược lắp ựặt tại các vị trắ hợp lý ựể ựảm bảo chế ựộ làm

CHƯƠNG II THIẾT KẾ CƠ -ðIỆN TRONG HỆ THỐNG MÔ HÌNH

2.1.2 Cơ cấu truyền ñộng của cửa tự ñộng

Hình 2.2 Cơ cấu truyền ñộng

1 - Cánh cửa; 2 - Thanh ray; 3 - Con lăn;

4 - Pu li; 5 - Dây curoa; 6 - Rãnh trượt dưới

2.1.3 Cánh cửa

Hình 2.3 Cánh cửa

Cửa ñược làm bằng kính dày 5mm phía trên ñược gá vào thanh nhôm

Rãnh trượt dưới ñược làm từ thanh nhôm hình chữ U

2.2 Thiết kế phần ñiện cho hệ thống

2.2.1 Các loại ñộng cơ ñiện

- Ngoài ra ñộng cơ không ñồng bộ sử dụng trực tiếp ñược ñiện xoay chiều 3 pha mà không cần trang bị thêm các thiết bị biến ñổi kèm theo

* Nhược ñiểm:

- Việc ñiều chỉnh tốc ñộ và khống chế các quá trình quá ñộ khó khăn

- Các chỉ tiêu về khởi ñộng cao hơn ñối với ñộng cơ rotor lồng sóc

b ðộng cơ ñồng bộ

ðộng cơ ñồng bộ 3 pha trước ñây thường sử dụng cho loại truyền ñộng không ñiều chỉnh tốc ñộ, công suất lớn hàng trăm kW ñến hàng MW (quạt gió, bơm nước, máy nghiền…)

Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ ñiện tử, ñộng cơ ñồng bộ ñược nghiên cứu, ứng dụng nhiều trong công nghiệp ở mọi giải công suất từ vài trăm W (cho cơ cấu ăn dao, máy cắt gọt kim loại, cơ cấu truyền ñộng tay máy, người máy…) ñến hàng MW (cho các truyền ñộng kéo tàu tốc

ñộ cao, máy cán…)

c ðộng cơ ñiện một chiều

ðộng cơ ñiện một chiều có ưu ñiểm: về phương diện ñiều chỉnh tốc ñộ, ñộng cơ ñiện một chiều ưu việt hơn so với các loại ñộng cơ khác, không những có khả năng ñiều chỉnh tốc ñộ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch ñiều khiển ñơn giản hơn, ñồng thời chất lượng ñiều chỉnh cao hơn, phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ rộng, phù hợp trong quá trình làm mô hình

2.2.2 Tìm hiểu chung về ñộng cơ ñiện một chiều

a ðộng cơ ñiện 1 chiều

Phân loại ñộng cơ 1 chiều bao gồm: ðộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập, ñộng cơ ñiện một chiều kích từ song song, ñộng cơ ñiện một chiều kích từ nối tiếp và ñộng cơ ñiện một chiều kích từ hỗn hợp

* Mở máy ñộng cơ ñiện 1 chiều

Yêu cầu:

- Dòng ñiện mở máy càng bé càng tốt

* Các phương pháp mở máy:

- Mở máy trực tiếp

- Mở máy nhờ biến trở

- Mở máy bằng cách giảm ñiện áp

* ðặc tính cơ của ñộng cơ ñiện một chiều

ðặc tính cơ của ñộng cơ ñiện một chiều là quan hệ n = f(M), ñây là ñặc tính quan trọng nhất của ñộng cơ

Từ biểu thức s.ñ.ñ và phương trình ñiện áp của ñộng cơ 1 chiều ta có:

ΦΙ

−

=ΦΕ

=

e C R U e

C n

M C

2 Φ

−

=

e C m C M R e

C U n

Xét sự làm việc ổn ñịnh của ñộng cơ theo sự phối hợp ñặc tính cơ của ñộng cơ và ñặc tính cơ của tải (hình 3.9 a,b)

Hình 3.9.a, vì một lý do nào ñấy tốc ñộ của ñộng cơ tăng lên n = nlv +

∆n thì MC > M và ñộng cơ sẽ bị hãm lại ñể trở về nlv ban ñầu ứng với ñiểm P Cũng vậy nếu tốc ñộ của ñộng cơ giảm xuống thì MC< M và ñộng cơ sẽ ñược gia tốc ñể trở về ñiểm P

Sự phối hợp ñặc tính cơ của ñộng cơ và của tải như hình 3.9.b thì ngược lại Nếu tốc ñộ của ñộng cơ tăng lên thì MC < M và ñộng cơ tiếp tục ñược gia tốc và tăng mãi Nếu tốc ñộ của ñộng cơ giảm thì nó tiếp tục giảm về n = 0 Vậy ñiều kiện ñể hệ làm việc:

- Ổn ñịnh:

dN c dM dN

dM <

- Không ổn ñịnh:

dN c dM dN

dM >

Hình 2.8 Sự phối hợp ñặc tính cơ của ñộng cơ và của tải

b Ảnh hưởng của các tham số ñến ñặc tính cơ của ñộng cơ

Từ phương trình ñặc tính cơ:

f R u R u U

2 ΚΦ +

− ΚΦ

♦ Ảnh hưởng của ñiện trở phần ứng

Giả thiết: Uư = Uñm = const và Φdm = Φ = const

Muốn thay ñổi ñiện trở mạch phần ứng ta mắc thêm Rf vào mạch phần ứng, khi ñó:

const ñm

U ΦñmU o

2

=+

ωβ

ðộ sụt dốc: Khi Rf càng lớn thì ñộ lớn ñặc tính cơ càng nhỏ (nghĩa là ñường ñặc tính cơ càng dốc) Khi Rf = 0 ta có ñặc tính cơ tự nhiên, Khi ñó ñộ cứng ñặc tính cơ tự nhiên là:

u R dm K TN

ðộ cứng ñặc tính cơ tự nhiên có giá trị lớn nhất nên ñặc tính cơ tự nhiên

có ñộ cứng hơn tất cả các ñặc tính cơ có ñiện trở phụ

Hình 2.9 Các ñặc tính của ñộng cơ 1 chiều kích từ ñộc lập khi thay ñổi ñiện trở phụ

Dựa vào họ ñặc tính cơ ta vừa xây dựng ñược ta có nhận xét: Ứng với mỗi phụ tải Mc nào ñó nếu Rf càng tăng thì tốc ñộ cơ càng giảm, ñồng thời Inm

và Mnm cũng giảm Chính vì thế người thường ta sử dụng phương pháp này ñể hạn chế dòng ñiện (I) và ñiều chỉnh ựd phía dưới

cb

ω

♦

♦ Ảnh hưởng của từ thông

Giả sử: Uư = Uñm= const; Rư = const

Muốn thay ñổi từ thông ta thay ñổi dòng kích từ của ñộng cơ (Iktð) Khi

ñó, tốc ñộ không tải lý tưởng:

var

x dm U x

0 ω

ðộ cứng ñặc tính cơ:

Do cấu tạo của ñộng cơ ñiện, thực tế thường ñiều chỉnh giảm từ thông Nên khi từ thông giảm thì ựox tăng dần và ñộ cứng của ñặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thông

Hình 2.10 ðặc tính cơ của ñộng cơ kích từ ñộc lập khi thay ñổi từ thông

Ta thấy rằng khi thay ñổi từ thông thì:

u R dm U

Ι

- Mômen ngắn mạch: Mnm= k.ϕ.Inm = var

Quan sát ñường ñặc tính cơ ta thấy: Với Mc (mômen phụ tải) thích hợp với chế ñộ làm việc của ñộng cơ thì khi giảm từ thông (Φ) thì ωð tăng lên

.2ΚΦ+

−ΚΦ

=

ω

Giả sử: Φdm= Φ = const; Rư =const

Khi thay ñổi ñiện áp theo hướng giảm so với ñiện áp phần ứng (Uư) thì:

dm x U

φ

ðộ cứng ñặc tính cơ:

( )

const u

Hình 2.11 ðặc tính cơ của ñộng cơ kích từ ñộc lập khi giảm áp

c Phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều

Về phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều có hai phương pháp cơ bản:

- ðiều chỉnh ñiện áp cấp vào phần ứng ñộng cơ

- ðiều chỉnh ñiện áp cấp vào mạch kích từ ñộng cơ

Cấu trúc phần lực của hệ truyền ñộng ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều bao giờ cũng cần có bộ biến ñổi Các bộ biến ñổi này cấp cho mạch

phần ứng ñộng cơ hoặc mạch kích từ ñộng cơ Cho ñến nay trong công nghiệp

sử dụng bốn loại bộ biến ñổi chính:

- Bộ biến ñổi máy ñiện gồm: ðộng cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy khuyếch ñại

- Bộ biến ñổi ñiện từ: Khuyếch ñại từ (KðT)

- Bộ biến ñổi chỉnh lưu bán dẫn: Chỉnh lưu tiristo (CLT)

- Bộ biến ñổi xung áp một chiều: Transitor (BBðXA)

* Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến ñổi mà ta có các hệ truyền ñộng như:

- Hệ truyền ñộng máy phát - ðộng cơ (F-ð)

- Hệ truyền ñộng máy khuyếch ñại- ðộng cơ (MðKð-ð)

- Hệ truyền ñộng khuyếch ñại từ- ðộng cơ (KðT-ð)

- Hệ truyền ñộng chỉnh lưu Tiristo- ðộng cơ (T-ð)

- Hệ truyền ñộng xung áp - ðộng cơ (XA-ð)

Theo cấu trúc mạch ñiều khiển các hệ truyền ñộng ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều có loại ñiền khiển theo mạch kín (ta có hệ truyền ñộng ñiều khiển tự ñộng) và loại ñiền khiển mạch hở (hệ ñiều khiển hở) Hệ ñiều chỉnh tự ñộng truyền ñộng ñiện có cấu trúc phức tạp nhưng có chất lượng ñiền chỉnh cao và dải ñiều chỉnh rộng hơn so với hệ truyền ñộng hở

Ngoài ra các hệ truyền ñộng còn ñược phân loại theo truyền ñộng có ñảo chiều quay và không ñảo chiều quay ðồng thời tuy thuộc vào phương pháp hãm, ñảo chiều mà ta có mà ta có truyền ñộng làm việc ở 1, 2 và 4 góc phần tư

Sau ñây là một số phương pháp ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều

● Nguyên lý ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng

ðể ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng ñộng cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như máy phát ñiện kích từ ñộc lập, các bộ chỉnh lưu ñiều khiển…

Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng ñiện xoay chiều thành một chiều có sức ñiện ñộng Eb ñiều chỉnh ñược nhờ tín hiệu ñiều khiển Uñk

Hình 2.12 Sơ ñồ khối và sơ ñồ thay thế ở chế ñộ xác lập

Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với ñộng cơ nên các bộ biến ñổi này có ñiện trở trong Rb và ñiện cảm Lb khác 0

Ở chế ñộ xác lập có thể viết ñược phương trình ñặc tính của hệ thống:

Eb-Eư = ( Rb- Rưñ) Iư

u dm ud R b R dm

Κ+

−Κ

Ε

φφ

ω

βω

Vì từ thông của ñộng cơ không ñổi (Φ = const) nên ñộ cứng của ñặc tính

cơ cũng không ñổi, còn tốc ñộ không tải lý tưởng (ωo) thì tuỳ thuộc vào giá trị ñiện áp ñiều khiển (Uñk) của hệ thống, do ñó có thể coi phương pháp ñiều chỉnh này là triệt ñể

ðể xác ñịnh giải ñiều chỉnh tốc ñộ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi ñặc tính cơ cơ bản là ñặc tính ứng với ñiện áp ñịnh mức (Uñm) và từ thông cũng ñược giữ ở vị trí ñịnh mức

Tốc ñộ lớn nhất (ωmin) của dải ñiều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai

số tốc ñộ và về mômen khởi ñộng Khi mômen tải là ñịnh mức thì các giá trị

β ω

−

= 0maxmax

βω

−

=min0min

ðể thoả mãn khả năng quá tải thì ñặc tính thấp nhất của dải ñiều chỉnh phải có Mnm là:

Mnmmin = Mcmax= Km.Mñm Km: Hệ số quá tải về mômen

Vì họ ñặc tính cơ là các ñường thẳng song song, nên theo ñinh nghĩa về

ñộ cứng ñặc tính cơ ta có:

( 1)

1 min

1 max

.

− Μ

dm M m K

dm U D

β ω

β β ω

Hình 2.13 Xác ñịnh phạm vi ñiều chỉnh

Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị ωomax, Mñm, Kñm là xác ñịnh

Vì vậy phạm vi ñiều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của ñộ cứng β Khi ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng ñộng cơ bằng các thiết bị nguồn ñiều chỉnh

M ñm M nmmin

M,I ω

thì ñiện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần ñiện trở phần ứng ñộng

cơ Do ñó có thể tính sơ bộ ñược

10

dm M

ω

Vì thế với tải có ñặc tính mômen không ñổi thì giá trị, phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ cũng không vượt quá 10 ðối với các máy có yêu cầu cao về dải ñiều chỉnh và ñộ chính xác duy trì tốc ñộ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống “hở” như trên là không thoả mãn ñược

Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi ñặc tính cơ tĩnh của truyền ñộng một chiều kích từ ñộc lập là tuyến tính Khi ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng thì ñộ cứng các ñặc tính cơ trong toàn dải ñiều chỉnh là như nhau, do ñó ñộ sụt tốc tương ñối sẽ ñạt giá trị lớn nhất tại ñặc tính thấp nhất của dải ñiều chỉnh Hay nói cách khác, nếu tại ñặc tính cơ thấp nhất của dải ñiều chỉnh mà sai số tốc ñộ không vượt quá giá trị sai số cho phép thì hệ truyền ñộng sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải ñiều chỉnh Sai

số tương ñối của tốc ñộ ñặt ở ñặc tính cơ thấp nhất

min 0 min

0 min min

ω ω ω

cp S dm

M

min 0 ω β

Vì các giá trị Mñm, ωomin, Scp là xác ñịnh nên có thể tính ñược giá trị tối thiểu của ñộ cứng ñặc tính cơ sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép ðể làm việc này, trong ña số các trường hợp cần xây dựng các hệ truyền ñộng ñiện kiểu vùng kín

Trong suốt quá trình ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng thì từ thông kích từ ñược giữ nguyên, do ñó mômen tải cho phép của hệ sẽ là không ñổi:

Mccf = K ΦñmIñm =Mñm

Phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ và mômen nằm trong hình chữ nhật bao bởi các ñường thẳng ω = ωñm, M = Mñm và các trục tọa ñộ Tổn hao năng lượng chính là tổn hao trong các mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hao không ñổi trong hệ

Eb = Eư+ Iư(Rưñ+Rb)

EbIư = Eư Iư + I2ư(Rưñ+Rb) ðặt: Rưñ+Rb =R

Khi ñó, hiệu suất biến ñổi năng lượng của hệ sẽ là:

R u u u

u u u

.2

.Ε+ΕΙ

ΕΙ

ωω

ωη

Hình 2.14 Pham vi ñiều chỉnh tốc ñộ

M ñm

ωñmω

M

● Nguyên lý ñiều chỉnh từ thông

ðiều chỉnh từ thông kích thích của ñộng cơ ñiện một chiều là ñiều chỉnh mômen ñiện từ của ñộng cơ

M= kIư Φ

Và sức ñiện ñộng quay của ñộng cơ: Eư=K.ω.Φ

Mạch kích từ của ñộng cơ là mạch phi tuyến:

t k k b k k

d d r

r e

+

=

Trong ñó:

rb: ðiện trở dây quấn kích thích

rk: ðiện trở của nguồn ñiện áp kích thích

Ở chế ñộ xác lập ta có:

k b k k

r r e i

+

=

Thường khi ñiều chỉnh từ thông thì ñiện áp phần ứng ñược giữ nguyên bằng giá trị ñịnh mức, do ñó ñặc tính cơ thấp nhất trong vùng ñiều chỉnh từ thông chính là ñặc tính cơ ñiện áp phần ứng ñịnh mức, từ thông ñịnh mức và ñược gọi là ñặc tính cơ bản (ñôi khi chính là ñặc tính cơ tự nhiên của ñộng cơ) ωmax của dải ñiều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp ñiện Khi giảm từ thông (Φ) ñể tăng tốc ñộ quay của ñộng cơ thì ñồng thời ñiều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu ñi Vì vậy ñể ñảm bảo ñiều kiên chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm Iưcp, kết quả là Mcp trên trục ñộng cơ giảm rât nhanh Ngay cả khi giữ nguyên dòng ñiện phần ứng thì ñộ cứng ñặc tính cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích: ( )

Hình 2.15 ðặc tính ñiều chỉnh từ thông

d Một số hệ truyền ñộng ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều

● Hệ chỉnh lưu - ñộng cơ một chiều (CL- ð)

Trong hệ thống truyền ñộng CL- ð thì bộ biến ñổi là mạch chỉnh lưu ñiêu khiển chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng (vì khi dùng tiristor ta sẽ ñược một nguồn ñiều áp một chiều) hoặc dòng ñiện kích thích cho ñộng cơ

Tuỳ theo yêu cầu cụ thể của truyền ñộng ñiện mà người ta có những mạch chỉnh lưu khác nhau ðể phân biệt chúng ta có thể căn cứ vào các dấu hiệu:

- Số pha: 1pha, 3 pha, 6 pha

- Số nhịp: Số xung áp ñập mạch trong một chu kỳ của ñiện áp lưới

- Sơ ñồ ñấu nối: Hình tia, hình cầu, ñối xứng, không ñối xứng

- Khoảng ñiều chỉnh: Là vị trí của ñặc tính ngoài trên mặt phẳng toạ ñộ (Ud, Id) - Chế ñộ năng lượng: Chỉnh lưu, nghịch lưu phụ thuộc

- Tính chất dòng tải: Liên tục, gián ñoạn

Chế ñộ làm việc của Chỉnh Lưu phụ thuộc vào phương thức ñiều khiển

và vào tính chất của tải, trong truyền ñộng ñiện tải của CL thường là cuộn kích từ, hoặc là mạch phần ứng ð

Trong thực tế các sơ ñồ truyền ñộng T- ð ñược phân ra làm 5 loại