Thiết kế hệ thống cửa tự động đóng mở sử dụng PLC s7 200

tính chất là luôn đóng khi không có người qua lại đã đáp ứng được tốt yêu cầunày.Chính vì những ưu điểm nổi bật của cửa tự động mà chúng ta càng phảiphát triển ứng dụng nó rộng rãi hơn,

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỞ ĐẦU 5

Chương 1: Giới thiệu chung về cửa đóng mở tự động 7

1.1.Các loại cửa tự động hiện nay 7

1.1.1.Cửa kéo 7

1.1.2 Cửa cuốn 7

1.1.3.Cửa trượt 8

1.2 Khảo sát một số loại cửa đóng mở tự động 9

1.3.Các yêu cầu và mục đích chế tạo mô hình cửa đóng mở tự động 10

1.3.1 Các yêu cầu của mô hình 10

1.3.2 Yêu cầu về chương trình chung 10

1.3.3 Yêu cầu về cơ khí 10

1.3.4.Mục đích của việc chế tạo mô hình 11

Chương 2.Chế tạo kết cấu cơ điện 12

2.1.Chế tạo kết cấu phần cơ của mô hình cửa đóng mở tự động 12

2.1.1 Khung mô hình cửa tự động 12

2.1.2 Cơ cấu truyền động của cửa tự động 12

2.1.3 Cánh cửa 13

2.1.4 Thanh ray 14

2.1.5.Con lăn 15

2.1.6 Puli 15

2.1.7 Rãnh trượt dưới 15

2.2.Thiết kế phần điện của mô hình cửa đóng mở tự động 16

2.2.1 Tổng quan về động cơ điện một chiều 16

a) Vai trò của động cơ điện một chiều 16

b) Cấu tạo của động cơ điện một chiều 17

c)Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 19

2.2.2.Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 27

2.2.3.Vài nét về động cơ một chiều kích tư bằng nam châm vĩnh cửu 32

2.3.Giới thiệu một số thiết bị điện dùng trong mô hình đóng mở cửa tự động 34

2.3.1 Rơle 34

2.3.2.Encoder 35

a) Khái niệm 36

b) Các loại Encoder 36

2.3.3 Cảm biến hồng ngoại 42

a) Diode phát hồng ngoại 42

b) Sensor thu hồng ngoại 42

c)Cảm biến hồng ngoại 43

2.3.1 Máy biến áp 44

a) Yêu cầu của máy biến áp 44

b)Tính chọn máy biến áp 45

Chương 3.Ứng dụng PLC điều khiển đóng mở cửa tự động 47

3.1 Thiết bị điều khiển PLC 47

3.1.1.Khái niệm chung 47

3.1.2 Vai trò của PLC 47

3.1.3 Cấu trúc cơ bản 48

3.2 Sự ưu việt của kỹ thuật PLC 50

3.3 Giới thiệu về PLC SIMATIC S7- 200 51

3.3.1.Cấu hình 51

3.3.2 Mô tả các đèn báo trên S7 -200 51

3.3.3.Mở rộng cổng vào ra 52

3.3.4 Thực hiện chương trình 52

3.3.5 Cấu trúc chương trình của S7-200 52

3.3.6 Ngôn ngữ lập trình 53

3.4 Chương trình chạy của đóng mở tự động 54

3.4.1.Sơ đồ nguyên lý 54

3.4.2 Giản đồ thang 55

3.4.3 Mạch đảo chiều và thay đổi tốc độ đóng mở cửa 56

3.4.4.Mô phỏng hoạt động của hệ thống cửa tự động trên S7-200 57

KẾT LUẬN 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

MỞ ĐẦU

Trong xã hội văn minh hiện đại, cửa là một bộ phận không thể thiếu đượctrong từng công trình kiến trúc Nhưng hầu hết những loại cửa bình thường màchúng ta hay dùng hiện nay lại có những nhược điểm gây phiền toái cho người

sử dụng đó là: cửa thường chỉ đóng mở dược khi có tác động của con người vàonó

Việc thiết kế ra một loại cửa tiện ích hơn, đa năng hơn, phục vụ tốt hơncho đời sống con người là tất yếu và vô cùng cần thiết Do vậy, cần thiết kế ramột loại cửa tự động khắc phục tốt những nhược điểm của cửa thường Xuất phát

từ yêu cầu đó, cửa tự động được thiết kế là để tạo ra được loại của vùa duy trìnhững yêu cầu trước đây, vừa khắc phục những nhược điểm của cửa thôngthường Vì khi sử dụng cửa tự động người dùng hoàn toàn không phải tác dụngtrực tiếp lên cánh cửa mà cửa vẫn tự đọng mở theo ý muốn của mình Với tínhnăng này, cửa tự động mang lại những thuận lợi lớn cho người sử dụng như :Nếu người dùng cửa đang bê vác vật gì đó thì cửa tự động không những chỉ tạocảm giác thoải mái mà thực sự đã giúp người dùng, tạo thuận lợi cho người hoànthành công việc mà không bị cản trở Sử dụng cửa tự động sẽ giúp người dùng

nó đỡ tốn thời gian để đóng mở cửa Cửa tự động rõ ràng sẽ đem lại cảm giácthoải mái cho người dùng, loại bỏ hoàn toàn cảm giác ngại, khó chịu như khidùng cửa thường

Đặc biệt, ở những nơi công cộng, công sở, cửa tự động ngày càng pháthuy ưu điểm Đó là vì cửa tự động sẽ giúp cho lưu thông qua cửa nhanh chóng dễdàng, cũng như sẽ giảm đi những va chạm khi nhiều người cùng sử dụng chungmột cánh cửa

Thêm vào đó, hiện nay hệ thống máy lạnh được sử dụng khá rộng rãi ởnhững nơi công sở, công cộng Nếu ta dùng loại cửa bình thường thì phải đảmbảo cửa luôn đóng khi không có người qua lại để tránh thất thoát hơi lạnh rangoài gây lãng phí Thế nhưng điều này trong thực tế lại rất khó thực hiện vì ýthức của mỗi người ở nơi công cộng là rất khác nhau Do đó, cửa tự động, với

tính chất là luôn đóng khi không có người qua lại đã đáp ứng được tốt yêu cầunày.

Chính vì những ưu điểm nổi bật của cửa tự động mà chúng ta càng phảiphát triển ứng dụng nó rộng rãi hơn, đồng thời nghiên cứu để cải tiến và nângcao chất lượng hoạt động của cửa tự động để nó ngày càng hiện đại hơn, tiện íchhơn

Để nghiên cứu một cách chính xác và cụ thể về cửa tự động, cần thiết phảichế tạo ra mô hình cửa đóng mở tự động, mô tả hoạt động, hình dáng, cấu tạocủa cửa tự động Từ mô hình này t có thể quan sát và tìm hiểu hoạt động của cửa

tự động, cũng như có thể lường trước những khói khăn có thể gặp phải khi chếtạo cửa tự động trên thực tế Cũng từ mô hình có thể thấy được ưu nhược điểmcủa thiết kế mà từ đó khắc phục những hạn chế, phát huy thế mạnh thiết kế cánhcửa ưu việt hơn, hoàn thiện hơn cho con người

Chương 1: Giới thiệu chung về cửa đóng mở tự động

1.1.Các loại cửa tự động hiện nay

Hiện nay có nhiều loại cửa tự động : cửa kéo, cửa đẩy, cửa cuốn, cửa

trượt Nhưng chúng thường được sản xuất ở nước ngoài bán tại việt nam với giáthành khá cao Vì thế chúng không được sử dụng rộng rãi Nhu cầu cửa tự động

ở Việt Nam là rất lớn về số lượng và chủng loại

do nhược điểm là phải gắn đủ chắc để chịu sức nặng nếu không sẽ rất nguy hiểmcho người sử dụng

1.1.2 Cửa cuốn

1.1.3.Cửa trượt

Hình 1.3 Của trượt

Loại của này có đặc điểm là có một rãnh cố định cho phép cánh cửa có thểtrượt qua lại Cửa trượt có nhiều loại, tuỳ thuộc vào hình dạng rãnh trượt nhưrãnh thẳng thì là loại cửa chuyển động tịnh tiến, rãnh tròn thì là loại cửa chuyểnđộng xoay tròn Loại cửa này thường được sử dụng trong nhà hàng, khách sạn,sân bay, nhà ga … Cửa này có ưu điểm là kết cấu nhẹ nhàng tạo cảm giác thoángđạt, thoải mái và lịch sự Loại cửa này thiết kế khá dễ dàng, có thể nhận biếtđược người, máy móc có thể đi qua Loại cửa này ở nước ta được sử dụng kháphổ biến

1.2 Khảo sát một số loại cửa đóng mở tự động

Thông qua việc quan sát, tìm hiểu về cửa tự động ở một số địa điểm, ta

nhận thấy cửa tự động được sử dụng chủ yếu ở những nơi giao dịch thương mại,những công sở lớn, ở sân bay, ngân hàng và các khách sạn lớn Vì những nơi này

có lượng người qua lại lớn, đồng thời những nơi này lại yêu cầu có tính hiện đại,sang trọng và tiện dụng Sử dụng cửa tự động tại những nơi này sẽ đáp ứng đượcnhững yêu cầu trên

Tuy nhiên cửa tự động cũng có rất nhiều loại tuỳ theo yêu cầu về mục đích sửdụng như trọng lượng cửa, chiều cao hay phần mạch điều khiển cửa

+ Cửa tự động chỉ có 1 cánh: sử dụng ở những nơi yêu cầu tính hiện đại, sangtrọng nhưng lại có số lượng người đi qua lại không nhiều Hay những loại cổng

có kích thước lớn dùng ở các công ty, xí nghiệp hay những ngôi nhà lớn …

+ Cửa tự động có hai cánh: Loại cửa này được dùng rộng rãi hơn so với loạicửa tự động 1 cánh.

1.3.Các yêu cầu và mục đích chế tạo mô hình cửa đóng mở tự động

1.3.1 Các yêu cầu của mô hình

+ Kích thước gọn gàng

+ Hệ thống cơ hoạt động tốt

+ Hệ thống điện tốt, hoạt động đúng theo thiết kế

+ Hệ thống cửa đáp ứng mọi yêu cầu đặt ra

1.3.2 Yêu cầu về chương trình chung

+Cửa phải tự động mở khi có xe muốn vào, và phải tự động đóng khi xe đã vàohết

+Cửa thiết kế để có thể đóng mở một cách thông minh, khi có tín hiệu ngườithì cửa mở ra thì mở với vận tốc v1 nhanh nhất để người hoặc xe lập tức có thể ravào Khi cửa mở gần hết hành trình thì tự động giảm tốc độ xuống vận tốc v3 nhỏnhật để cửa dừng lại chính xác ở cuối hành trình mở Khi hết tín hiệu ngưới , saumột khoảng thời gian trễ 5giây, cửa sẽ đóng lại nhanh với vận tốc v2 Khi gần hếthành trình đóng, thì cửa giảm tốc độ đóng xuống v3 để tránh va chạm giữa haicánh cửa

+ Khi cửa đang đóng lại, nếu lại có tín hiệu người thì cửa lại lập tức mở ra + Dùng kỹ thuật PLC để chương trình hoạt động cho cửa

1.3.3 Yêu cầu về cơ khí

Yêu cầu của mô hình là phải giống với cửa thật cả về hình thức và chấtlượng hoạt động, phải chắc chắn và gọn gàng Do đó, việc thiết kế kết cấu cơ khícho mô hình cũng phải đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật như đối với cửa thật:Khung cửa, cánh cửa, rãnh trượt, xích, bánh răng, trục quay Ngoài ra, còn cócác kết cấu phụ để tạo ra mô hình cửa tự động thật hoàn chỉnh như cửa thật

Động cơ ở đây là loại động cơ 1 chiều được cấp nguồn bởi bộ chỉnh lưucầu 1 chiều, kết hợp với bộ đảo chiều cho phép động cơ có thể quay thuận hoặcquay ngược.

1.3.4.Mục đích của việc chế tạo mô hình

- Nghiên cứu, chế tạo ra mô hình cửa tự động này sinh viên cũng phải thamkhảo thực tế nhiều lĩnh vực và tham khảo bằng nhiều tài liệu khác nhau Điều đómang lại sự hiểu biết sâu sắc hơn cho sinh viên không chỉ trong một lĩnh vực tựđông hoá mà còn nhiều lĩnh vực,ngành nghề khác như điện,điện tử, cơ khí

- Việc chế tạo ra mô hình hoạt động tốt sẽ tạo điêu kiện cho sinh viên có cơ hộihọc tập và nghiên cứu môn học một cách thực tế, là một cơ hội rất tốt giúp sinhviên khỏi bỡ ngỡ khi làm việc thực tế

- Tạo ra một mô hình cửa đóng mở tự động có thể hoạt động tốt, từ đó có thể

chế tạo được cửa tự động phục vụ thực tế

Chương 2.Chế tạo kết cấu cơ điện

2.1.Chế tạo kết cấu phần cơ của mô hình cửa đóng mở tự động

Công việc chế tạo kết cấu cơ khí cho cửa đóng mở tự động là vô cùngquan trọng đòi hỏi độ chính xác cao mới đảm bảo tốt cho sự hoạt động của cửa

2.1.1 Khung mô hình cửa tự động

Hình 2.1 Khung mô hình Khung của mô hình được hàn từ những thanh thép hộp 15mm x15mm.Khi hàn song, khung được sơn tĩnh điện

2.1.2 Cơ cấu truyền động của cửa tự động

Hình 2.2 Cơ cấu truyền động1: Cánh cửa

2: Thanh ray3: Con lăn4: Pu li5: Dây curoa6: Rãnh trượt dưới

2.1.3 Cánh cửa

Hình 2.3 Cánh cửaCửa được làm bằng kính dày 5mm phía trên được gá vào thanh nhôm hìnhchữ H để bắt với cơ cấu chuyển động.

2.1.4 Thanh ray

Thanh ray được làm bằng gỗ khô Tránh cong vênh và giảm tiếng ồn khicửa hoạt động

Hình 2.4 Thanh ray

Hình 2.7 Rãnh trượt dưới

2.2.Thiết kế phần điện của mô hình cửa đóng mở tự động

2.2.1 Tổng quan về động cơ điện một chiều

a) Vai trò của động cơ điện một chiều

- Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được coi là một loạimáy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụngnguồn điện xoay chiều thông dụng

- Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc

độ rất tốt, khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải Chính vì vậy màđộng cơ một chiều được dùng nhiều trong các nghành công nghiệp có yêu cầucao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải mà điềuquan trọng là các ngành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều

- Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhấtđịnh của nó như so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và bảoquản cổ góp điện phức tạp hơn (dễ phát sinh tia lửa điện) nhưng do những ưu

điểm của nó nên động cơ điện một chiều vẫn còn có một tầm quan trọng nhấtđịnh trong sản suất.

- Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều hiện nay vào khoảng10.000 kW, điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000 V Hướng phát triển hiệnnay là cải tiến tính năng của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ vàchế tạo những động cơ có công suất lớn hơn

b) Cấu tạo của động cơ điện một chiều

 Phần tĩnh hay stato

Đây là phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:

- Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dâyquấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹthuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt Trong động cơđiện nhỏ có thể dùng thép khối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ cácbulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộndây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặttrên các cực từ Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếpvới nhau

- Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cảithiện đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thâncực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từphụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông

- Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏmáy Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại Trongmáy điện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng ganglàm vỏ máy

- Các bộ phận khác

+ Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dâyquấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ và vừa nắp

máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp này nắp máy thường làmbằng gang.

+ Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổithan bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên cổgóp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổithan có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ Sau khi điềuchỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại

 Phần quay hay rôto

Bao gồm những bộ phận chính sau:

- Lõi sắt phần ứng:

+ Dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mmphủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáygây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấnvào

+Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thônggió để khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục

+Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành nhữngđoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió Khimáy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt

+Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vàotrục Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôto

có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto

- Dây quấn phần ứng

+ Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điệnchạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kW thường dùng dây có tiết diện tròn.Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn đượccách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép

+ Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để

đè chặt hoặc đai chặt dây quấn Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit

- Cổ góp : Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều Cổ gópgồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốphình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica Đuôivành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và cácphiến góp được dễ dàng

- Các bộ phận khác

+ Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện một chiều thườngchế tạo theo kiểu bảo vệ, ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trêntrục máy, khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ Gió đi quavành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy +Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trụcmáy thường làm bằng thép cacbon tốt

c)Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

- Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổithì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phản ứng, lúc này động cơ gọi

là động cơ kích từ song song

- Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng

và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơđược gọi là động cơ kích từ độc lập

Hình 2.9 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ nối tiếp

 Phương trình đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập

- Phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng:

t t t t I2 I1 Id U d t3 t2

RfU

Ikt

Rkt

UCKT

Ukt

EI

RfU

Ikt

Rkt

UCKT

Ukt

 : Hệ số sức điện động của động cơ

- Biểu thức (4.2) là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiềukích từ độc lập

- Mômen phụ thuộc vào từ thông và dòng phần ứng

Từ phương trình (4.2) suy ra: để thay đổi tốc độ động cơ ta có thể dùngphương pháp thay đổi điện áp phần ứng Uư, từ thông  tức là thay đổi dòng kích

từ Ikt và thay đổi điện trở phần ứng Rư ,Rf

- M =K..Iư do đó muốn đảo chiều động cơ tức là đảo chiều mômen M ta

có thể dùng phương pháp đảo chiều từ thông (tức là đảo chiều dòng kích từ Ikt )hoặc là đảo chiều dòng điện phần ứng Iư

- Giả thiết phần ứng được bù đủ, từ thông =const, từ các phương trình đặctính cơ điện và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính Đồ thị của chúng là nhữngđường thẳng được biểu diễn trên hình vẽ:

Hình 2.10 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

 Ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ

- Ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: từ thông động cơ, điện áp

phần ứng Uư và điện trở phần ứng động cơ Lần lượt xét ảnh hưởng của từngtham số

 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng

- Giả thiết Uư = Udm = const và  dm const

- Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vàomạch phần ứng Trong trường hợp này tốc độ không tải lí tưởng:

Hình 2.11 Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập khi thay đổi điện

trở phụ mạch phần ứng TN có giá trị lớn nhất lên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả cácđường đặc tính có điện trở phụ

- Như vậy khi thay đổi điên trở phụ Rf ta được một họ đặc tính biến trở códạng như hình vẽ 4.5, ứng với một phụ tải Mc nào đó ,nếu Rf càng lớn thì tốc độđộng cơ càng giảm , đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũnggiảm Cho nên người ta sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điềuchỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản

 ảnh hưởng của điên áp phần ứng

- Giả thiết từ thông  dm const , điện trở phần ứng Rư = const Khi thayđổi điện áp theo hướng giảm so với Udm có:

+ Tốc độ không tải: ox var

x dm

U K

Hình 2.12 Đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm điên áp

đặt vào phần ứng độ

- Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn mạch củađộng cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định Do đóphương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chếdòng điện khởi động

 ảnh hưởng của từ thông

- Giả thiết điện áp phần ứng Uư = Uđm= const Điện trở phần ứng Rư = const.Muốn thay đổi dòng điện kich từ Ikt động cơ Trong trương hợp này:

+ Tốc độ không tải: 2 var

dm ox

x

U K

K R

- Do cấu tạo của động cơ điện, và thực tế thường giảm từ thông Nên khi từthông giảm thì ox tăng còn  sẽ giảm Ta có một họ đặc tính cơ với ox tăngdần và độ cứng của đặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thông.

- Khi thay đổi từ thông thì dòng điện ngắn mạch

- Chiều quay động cơ phụ thuộc vào chiều quay mômen có thể dùng hai

phương pháp Hoặc thay đổi chiều dòng phần ứng Iư hoặc đổi chiều từ thông (đổichiều dòng kích từ Ikt)

- Nếu dùng phương pháp đảo chiều dòng kích từ Khi máy đang quay thì do

hệ số điện cảm của cuộn dây kích thích lớn (do có nhiều vòng dây) nên khi thayđổi dòng kích thích Ikt thì xuất hiện suất điện động cảm ứng rất cao gây ra điện

áp làm đánh thủng cách điện dây quấn kích thích

- Do đó để đảo chiều quay động cơ ta chọn phương pháp đảo chiều dòngphần ứng Iư

- Từ những phân tích trên ta chon phương pháp thay đổi tốc độ là thay đổiđiện áp phần ứng Uư (tức là điều khiển Uư) và đảo chiều quay bằng đảo chiềudòng phần ứng Iư

 Một số yêu cầu kĩ thuật khác

 Độ trơn

+i, i1 là tốc độ ổn định của động cơ đạt được ở cấp i, i+1

+   1 tức là hệ truyền động có thể ổn định ở mọi vị trí trong toàn dải điềuchỉnh

 Dải điều chỉnh tốc độ

+ Là phạm vi điều chỉnh – là tỉ số giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của tốc

độ làm việc ứng với mômen tải đã cho:

+ max bị hạn chế bởi độ bền động cơ và độ bền của vành

+  minbị chặn bởi yêu cầu về mômen khởi động, khả năng quá tải và sai sốtốc độ làm việc cho phép

u

R

U R

E U

  và do đó Iư =0) thì lập tức ngắt nguồn cấp cho phần ứng tức Uư = 0 Khi

đó Iư không lớn và tránh được sự cố trên

2.2.2.Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

a) Nguyên lí điều chỉnh điện áp phần ứng

- Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồnđiện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển Các thiết bị nguồnnày có các chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có sứcđiện động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Uđk Vì là nguồn có côngsuất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong Rb và điệncảm Lb khác không, ở chế độ xác lập phương trình đặc tính của hệ thống:

Hình 2.14 Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập

- Khi mômen là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là

max 0max min 0min

dm

dm

M M

Eu

RudI

Rb

M

M D

min min min min min

o

o o dm

cp o

s M

b) Nguyên lí điều chỉnh từ thông động cơ

- Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnhmômen điện từ của động cơ M K I u và sức điện động quay của động cơ làmạch phi tuyến vì vậy hệ điều chỉnh từ thông cũng là hệ phi tuyến:

rb : điện trở của nguồn điện áp kích thích

k: số vòng dây của dây quấn kích thích

- Trong chế độ xác lập có quan hệ sau: k k

b k

e i

cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi vì vậy, để đảmbảo điêu kiện chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng điện phần ứngcho phép, kết quả là momen cho phép trên trục động cơ giảm rất nhanh Ngay cả

khi giữ nguyên dòng điện phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ cũng giảm rất nhanhkhi giảm từ thông kích thích:





  hay * (* 2)

- Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các động cơ mà

từ thông định mức nằm ở chỗ tiếp giáp giữa vùng tuyến tính và vùng bão hoà củađặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụthuộc vào thông số kết cấu của máy điện: