Thiết kế chế tạo bảng mạch điểu khiển động cơ phục vụ thí nghiệm thực hành điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ CHẾ TẠO BẢNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ PHỤC VỤ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH ĐIỆN Giảng viên hướng dẫn : ThS PHẠM MẠNH TỒN Cán phản biện : TRẦN ĐÌNH DŨNG Sinh viên thực : BÙI HỮU TRÍ Lớp : 54K1 CNKT Đ ĐT MSSV : 135D5103010061 Nghệ An, 5/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: BÙI HỮU TRÍ Mã số sinh viên: 135D5103010061 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật điện – điện tử Khố: 54k1 Giảng viên hướng dẫn : ThS Phạm Mạnh Toàn Nội dung thiết kế tốt nghiệp: “ thiết kế chế tạo bảng mạch điều khiển động phục vụ thí nghiệm thực hành điện“ Nhận xét cán phản biện: Nghệ An.Ngày tháng Cán phản biện ( Ký, ghi rõ họ tên ) năm 2018 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Phạm Mạnh Tồn, giảng viên Bộ mơn kỹ thuật điện điện tử, Viện Vật lý Công nghệ trường Đại học Vinh người tận tình hướng dẫn, bảo em suốt q trình làm hồn thiện đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo trường Đại học Vinh nói chung, thầy cô Viện Vật lý Công nghệ nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt q trình học tập hồn thành đồ án tốt nghiệp TP Vinh, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực BÙI HỮU TRÍ i TĨM TẮT ĐỀ TÀI Trong đồ án tiến hành thiết kế chế tạo bảng mạch điều khiển động phục vụ thí nghiệm, thực hành điện Trên bảng thực hành thí nghiệm thiết kế aptomat pha có dây trung tính để bảo vệ nguồn, cầu chì bảo vệ, nút nhấn tiếp điểm chân, rơ le thời gian công tắc tơ Các đầu vào đầu khí cụ đấu nối đến chân dắt cắm âm nằm bảng thực hành thí nghiệm Đề tài thiết kế sử dụng nguồn cấp vào 220V đầu phục vụ cho loại động có điện áp vào 220V MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ĐỀ TÀI ii MỤC LỤC iii LỜI NÓI ĐẦU iv Chương I TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử phát triển 1.1.1 Điện công nghiệp 1.1.2 Khái niệm 1.1.3 Học điện cơng nghiệp học gì? 1.1.4 Đặc trung ngành nghề 1.2 Tiềm phát triển 1.2.1 Điện dân dụng 1.2.2 Khái niệm 1.2.3 Những công việc cho ngành diện dân dụng 1.2.4 Cấp bậc ngành điện dân dụng 1.2.5 Tương lai ngành điện dân dụng 1.2.6 Giới thiệu chung đề tài 1.2.6 Đặt vấn đề 1.2.6 Mục đích đề tài Chương II GIỚI THIỆU KHÍ CỤ VÀ DỤNG CỤ SỬ DỤNG 2.1 Giới thiệu khí cụ sử dụng bảng thực hành thí nghiệm 2.1.1 Aptomat 2.1.2 Cầu chì 13 2.1.3 Đèn báo 15 2.1.4 Nút nhấn 16 2.1.5 Rơ le thời gian 17 2.1.6 Rơ le nhiệt 19 2.1.7 Công tắc tơ 21 2.2 Giới thiệu dụng cụ cần cho việc thiết kế bảng thực hành thí nghiệm 24 2.2.1 Bảng giá đỡ 24 2.2.1 Khoan 24 2.2.1 Mỏ hàn dây hàn 24 2.2.1 Các thiết bị dây nối chân cắm âm 25 Chương III THIẾT KẾ CHẾ TẠO BẢNG MẠCH THÍ NGIỆM THỰC HÀNH ĐIỆN 26 3.1 Thiết kế đề tài 26 3.2 Thi công chế tạo mạch 26 Chương IV ỨNG DỤNG CỦA MẠCH QUA MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM 37 4.1 Bài thực hành 37 4.2 Bài thực hành 38 4.3 Bài thực hành 39 4.4 Bài thực hành 40 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nước ta nghành công nghiệp phát triển, nghành công nghiệp điện cần nhiều nhân lực hiểu biết điện để phục vụ đặc biệt bên phần điện động Vì với phát triển đó, để giúp cho sinh viên tiếp cận gần với thiết bị điện, khí cụ điện sử dụng loại mạch cho động hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý làm việc, nắm tượng, nguyên nhân hư hỏng cách sửa chữa chúng Xuất phát từ ứng dụng quan trọng trên, em lựa chọn đề tài tốt nghiệp là: “ Thiết kế chế tạo bảng mạch điều khiển động phục vụ thí nghiệm thực hành điện “ Nội dung báo cáo gồm chương: Chương I Tổng quan bảng thí nghiệm, thực hành điện Chương tiến hành nghiên cứu cách tổng quan mạng không dây hệ cảm biến Chương II Giới thiệu khí cụ dụng cụ sử dụng Chương tiến hành nghiên cứu hoạt động cấu trúc linh kiện sử dụng bảng mạch Chương III Thiết kế chế tạo bảng mạch điều khiển động phục vụ thí nghiệm, tực hành điện Chương tiến hành thiết kế sơ đồ cách bố trí khí cụ bảng thí nghiệm Tiến hành chế tạo khảo sát hoạt động bảng mạch Chương IV Ứng dụng mạch qua số thí nghiệm Chương ta tiến hành khảo sát thực tế mạch qua số thí nghiệm sử dụng khí cụ bảng mạch Phần kết luận đánh giá chất lượng hệ thống hoạt động đưa ưu, nhược điểm hệ thống từ đưa định hướng để hồn thiện hệ thống Trong trình làm đồ án tốt nghiệp hạn chế thời gian, tài liệu trình độ cịn nên khơng tránh khỏi có thiếu sót Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô bạn để đồ án tốt nghiệp em hoàn thiện Chương I TỔNG QUAN VỀ BẢNG THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH ĐIỆN 1.1 Lịch sử phát triển Từ thời cổ đại người ta biết đến nghiên cứu tượng điện, theo Việt Nam thư quán từ năm 600 trước Công nguyên, người Hy Lạp cổ biết cọ xát hổ phách hút mẩu giấy Cho đến trước năm 1672 chưa có tiến việc nghiên cứu điện Vào năm 1672, ông Otto Fon Gerryk để tay bên cạnh cầu lưu huỳnh quay nhận tích điện lớn Vào năm 1729, ông Stefan Grey tìm có số chất, có kim loại, dẫn điện Nhưng chất gọi chất dẫn điện Ông ta phát rằng, chất khác thuỷ tinh, lưu huỳnh, hổ phách sáp không dẫn điện Những chất gọi chất cách điện Bước tiến việc nghiên cứu dòng điện vào năm 1733 người Pháp có tên Duy Phey tìm vật tích điện dương vật tích điện âm, ơng cho loại điện khác Bedzamin Franklin người thử giải thích dịng điện Theo ông tất chất tự nhiên có chứa "chất lỏng điện" Khi chất va chạm vào số "chất lỏng" chất bị lấy sang chất khác Ngày nói "chất lỏng" cấu tạo từ điện tử mang điện tích âm Bộ mơn khoa học nghiên cứu điện phát triển rầm rộ từ năm 1880 mà Alexandro Volta sáng chế pin Phát minh mang đến cho loài người nguồn lượng thường xuyên kéo theo tất phát minh quan trọng lĩnh vực Theo Bách khoa tồn thư mở Wikipedia Bá tước Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (18/2/1745 - 5/1827) nhà vật lý học người Ý Ơng người có cơng phát minh pin điện tên ông đặt theo đơn vị điện volt (ký hiệu V) Từ sau năm 1765, ông bắt đầu quan tâm đến tượng tĩnh điện nghiên cứu năm 1769 sách tĩnh điện ông mắt: "Về hấp dẫn điện" giải thich số tượng tĩnh điện Mặc dù lý thuyết điện thực phát triển từ kỷ 17 18 Tuy thế, ứng dụng điện giai đoạn cịn cuối kỷ 19 với bùng nổ ngành kỹ thuật điện đưa vào ứng dụng công nghiệp sinh hoạt hàng ngày Sự phát triển nhanh chóng kỹ thuật công nghệ điện làm thay đổi công nghiệp chạy nước trước thay đổi xã hội lồi người Tính linh hoạt điện cho phép người ứng dụng vào vơ số lĩnh vực giao thông, ứng dụng nhiệt, chiếu sáng, viễn thơng, máy tính điện tử Năng lượng điện ngày trở thành xương sống công nghệ đại Hiện nay, điện phân thành ngành lớn ngành điện công nghiệp ngành điện dân dụng 1.2 Điện công nghiệp 1.2.1 Khái niệm Ngành Điện Công Nghiệp ngành phát triển hệ thống truyền tải điện phục vụ hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, thương mại dịch vụ, dân sinh Trong nhu cầu thực cơng việc kỹ thuật lớn, đơn vị đào tạo có nhiều chương trình đào tạo cấp độ trung cấp nghề, cao đăng nghề để đào tạo người học có kiến thức-kỹ để đáp ứng yêu cầu lao động kỹ thuật 1.2.2 Học điện công nghiệp học gì? a) Kiến thức Người học trang bị kiến thức nguyên tắc, nguyên lý hoạt động hệ thống điện công nghiệp Từ kiến thức đó, người học tích lũy kiến thức chuyên ngành để thực thiết kế hệ thống điện công nghiệp, truyền tải điện, phân phối điện, đưa điện đến đơn vị sử dụng Kiến thức để xây dựng hệ thống điện công nghiệp nhà máy đảm bảo an tồn, chi phí thấp, chất lượng cao Và để đảm bảo người kỹ sư điện thiết kế, thi công tốt hệ thống điện công nghiệp nhà máy, kiến thức máy móc sử dụng điện công nghiệp thiếu chương trình đào tạo Phân tích hoạt động hệ thống phát, truyền tải, đặc biệt phân phối tiêu thụ điện; hệ thống chiếu sáng; hệ thống chống sét; hệ thống an ninh, an toàn điện Thiết kế, triển khai, xây dựng, vận hành bảo trì hệ thống phân phối điện khu công nghiệp; mạng động lực phân xưởng, xí nghiệp; hệ thống chiếu sáng dân dụng công nghiệp; hệ thống chống sét nối đất; hệ thống bảo vệ-an ninh, an tồn điện Tính tốn, thiết kế, sửa chữa, phát huy hết suất đảm bảo tính tối ưu thiết bị hệ thống tiết kiệm lượng 2.2.2 Khoan 2.2.3 Mỏ hàn dây hàn 29 Chương III THIẾT KẾ CHẾ TẠO BẢNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ PHỤC VỤ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH ĐIỆN 3.1 Thiết kế đề tài Yêu cầu thiết kế - Thiết kế bảng mạch có đầy đủ số khí cụ thiết yếu để đảm bảo an toàn - Dễ dàng vận hành sử dụng - Sử dụng ký hiệu để ký hiệu bảng - Tạo sô thực hành thí nghiệm ứng dụng cảu mạch 3.2 Thi cơng chế tạo bảng mạch Thiết kế bố trí khí cụ điện auto cad L L L N 60 30 90 L L L N N L Hình 3.1 Sơ đồ bố trí khí cụ bảng 30 L L L N L L L N N L Hình 3.2 Sơ đồ dây bảng thực hành thí nghiệm Một số hình ảnh thực tế khí tiến hành làm mơ hình 31 Những bước đầu định vị vị trí khí cụ bảng thí nghiệm thực hành Khoan lỗ cố định chân cắm âm 32 Cố định hàn dây cho đèn báo nút nhấn 33 Cố định dây cho thiết bị cịn lại Một số hình ảnh hồn thành mơ hình 34 35 36 Chương IV ỨNG DỤNG CỦA MẠCH QUA MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM 4.1 Mạch điều khiển động xoay chiều ba pha khởi động từ đơn a) Sơ đồ nguyên lý: L1 L2 L3 N CB FUSE K 11 OFF ON K1 OLR OLR K 12 Ð M Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động xoay chiều ba pha khởi động từ đơn b) Nguyên lý hoạt động : - Khi đóng áptơmát CB, động (M) chưa hoạt động được, mạch điện trạng thái chờ Nếu ấn nút ON cuộn dây cuộn dây Cơng tắc tơ K1 có điện, tiếp điểm thường mở K12 đóng lại để trì đồng thời tiếp điểm K11 mạch động lực đóng, động nối với lưới điện, bắt đầu làm việc - Muốn dừng ấn nút OFF, mạch điều khiển bị điện, nhả tiếp điểm K11 mạch động lực Động loại khỏi lưới điện dừng tự Nếu trình làm việc động bị tải pha, dòng điện pha tăng cao làm rơle nhiệt (OLR) tác động, cắt điện mạch điều khiển Động loại khỏi lưới điện 4.2 Mạch điều khiển động xoay chiều ba pha vị trí a) Sơ đồ nguyên lý: 37 L1 L2 L3 N CB CB ON1 OFF1 OFF2 K1 FUSE OLR K11 ON2 OLR K11 M Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động xoay chiều ba pha hai vị trí b) Nguyên lý hoạt động: Mở máy ví trí - Đóng áp tơ mát nguồn - Ấn nút ON1, cuộn hút cơng tắc tơ K1 có điện đóng điện cho động hoạt động qua tiếp điểm động lực K1 trì hoạt động mạch qua tiếp điểm K2 Tắt máy vị trí - Ấn nút OFF1, cuộn hút công tắc tơ K1 điện nhả tiếp điểm K11 K12, động bị ngắt điện - ngừng hoạt động Mở máy vị trí - Ấn nút ON2, cuộn hút cơng tắc tơ K1 có điện đóng cho động hoạt động qua tiếp điểm động lực K11 trì hoạt động mạch qua tiếp điểm K12 Tắt máy vị trí - Ấn nút OFF2 cuộn hút công tắc tơ K1 điện nhả tiếp điểm K11 K12, động bị ngắt điện - ngừng hoạt động - Cắt áp tô mát nguồn 4.3 Mạch điều khiển đảo chiều quay động ba pha khởi động từ kép 38 Trong trình làm việc số máy móc, việc đổi chiều quay diễn tức Chẳng hạn trình cắt ren máy tiện, dao cắt hết hành trình cắt người thợ phải kéo dao ra, đồng thời đổi chiều quay trục để đưa dao vị trí xuất phát ban đầu, chuẩn bị cho hành trình cắt Việc đổi chiều quay yêu cầu diễn cách nhanh chóng, khơng có đủ thời gian cho người thợ sử dụng thêm thao tác ấn nút dừng Để đáp ứng yêu cầu ta sử dụng nút ấn hai tầng tiếp điểm thay cho nút ấn tầng tiếp điểm thông thường a) Sơ đồ nguyên lý L1 L2 L3 N CB 24V AC FUSE ON1 OFF ON2 K1 OLR K23 K11 K12 K21 Ð OLR K2 K22 K13 Ð M Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển đảo chiều quay động ba pha khởi động từ kép b) Nguyên lý hoạt động : - Đóng CB cấp điện cho mạch Muốn động quay theo chiều thuận ấn ON 1, cơng tắc tơ K1 có điện, đóng tiếp điểm K12 tự trì, mở tiếp điểm K13 tránh tác động đồng thời công tắc tơ K2 Đồng thời tiếp điểm K11 mạch động lực đóng lại cấp điện cho động M quay theo chiều thuận - Muốn động quay theo chiều ngược ấn ON2, cơng tắc tơ K2 có điện đóng tiếp điểm K22 tự trì, mở tiếp điểm K23 tránh tác động đồng thời công tắc tơ K1 39 Đồng thời tiếp điểm K21 mạch động lực đóng lại cấp điện cho động T quay theo chiều ngược lại - Muốn dừng động cơ, ấn nút OFF, công tắc tơ K1 (hoặc K2) điện, động cắt khỏi nguồn dừng tự 4.4 Mạch điện tự động đảo chiều quay động ba pha rơle thời gian a) Sơ đồ nguyên lý: 40 L1 L2 L3 N CB FUSE K11 K21 OLR M Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý mạch mạch điện tự động đảo chiều quay động ba pha rơle thời gian b) Nguyên lý hoạt động: Chạy máy thuận Ấn nút ON, Rơle trung gian Rt tác động tự trì Khởi động từ K1 có điện đóng mạch động lực để cấp điện cho động quay theo chiểu thuận Rơle thời gian T1 có điện tính thời gian (tuỳ điều chỉnh) quay: sau tiếp điểm 5-7 mở ra, cắt điện vào cuộn hút K2, đồng thời tiếp điểm 5-11 T1 đóng lại để tiếp điện cho cuộn hút K2 Đổi chiều tự động Khởi động từ K2 đóng điện (đã đổi dây A với C) mạch động lực cho động đổi chiều (quay ngược) tự động Rơle thời gian T2 lúc tác động để tính thời gian quay ngược Sau lại cắt điện để T1 tác động cho chu kì tiếp diễn Tiếp điểm 7-9 11-13 khởi động từ có tác dụng khố chéo để bảo đảm an toàn Tắt máy: Ấn nút OFF Rơle trung gian cắt toàn mạch điều khiển, động dừng lại 41 KẾT LUẬN Em thiết kế chế tạo thành cơng mơ hình thực hành điện điều khiển động phục vụ cho nghiên cứu học tập sinh viên Mơ hình thực hành đạt số ưu điểm nhược điểm sau: Ưu điểm: + Mơ hình hoạt động ổn định + Các nguyên vật liệu tương đối dễ kiếm + Giá thành không cao + Dễ dàng thao tác + Nhỏ gọn Nhược điểm: + Đang cịn thiết bị mơ hình + Do cịn thiết bị nên số lượng thực hành cịn hạn chế + Độ hồn thiện chưa cao Trong thời gian tới em tiếp tục tích hợp thêm khí cụ để mơ hình thực nhiều thực hành điện dân dụng 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Xuân Hổ, Hồ Xn Thanh (2014) Giáo trình khí cụ điện, NXB ĐHGQ Tp HCM [2] Phạm Văn Chới Giáo trình Khí cụ điện, NXBGD, 2007 [3] Nguyễn Văn Ánh Bài giảng Khí cụ điện, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2015 [4] Phạm Hoàng Nam (2015) Tài liệu hướng dẫn thực hành điện, Đại học Vinh, tài liệu lưu hành nội 43 ... việc thiết kế bảng thực hành thí nghiệm 2.2.1 Bảng giá đỡ 28 2.2.2 Khoan 2.2.3 Mỏ hàn dây hàn 29 Chương III THIẾT KẾ CHẾ TẠO BẢNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ PHỤC VỤ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH ĐIỆN 3.1 Thiết. .. TRÍ i TĨM TẮT ĐỀ TÀI Trong đồ án tiến hành thiết kế chế tạo bảng mạch điều khiển động phục vụ thí nghiệm, thực hành điện Trên bảng thực hành thí nghiệm thiết kế aptomat pha có dây trung tính để... nghiệp là: “ Thiết kế chế tạo bảng mạch điều khiển động phục vụ thí nghiệm thực hành điện “ Nội dung báo cáo gồm chương: Chương I Tổng quan bảng thí nghiệm, thực hành điện Chương tiến hành nghiên