Chức năng của van khí nén
- Điều khiển hướng - Điều khiển dòng chảy
- Van khí có điều chỉnh bằng vít hoặc núm vặn
- Van khí cho chảy tự do theo 1 hướng nhất định và hạn chế việc chảy ngược lại.
Phân loại
Van khí nén điện từ hay cịn gọi là van đảo chiều khí nén được chia thành các loại như sau: van khí nén 5/2, van khí nén 3/2, van khí nén 5/3, van khí nén 4/2… dựa trên số cửa và số vị trí truyền động ở thân van.
- Van khí nén 2/2:
+ Hay cịn gọi là van phân phối hai cổng. Van được lắp và dùng cho những hệ thống khí nén đơn giản.
+ Van khí nén 2/2 có cấu tạo: 1 thân và 1 coil điện. Thân của van 2/2 sẽ được thiết kế có 2 vị trí và 2 cửa khí: 1 cửa khí vào và 1 cửa khí ra.
+ Nguyên lý hoạt động: Ban đầu, cửa van sẽ ở trạng thái bị chặn đóng và dịng khí nén khơng đi qua van. Khi có điện năng cấp vào van, từ trường được sinh ra sẽ tạo lực để tác động lên van, khí nén đi vào cửa 1 và thốt ra ở cửa 2. Khi ngắt điện, mọi hoạt động của van sẽ trở về trạng thái ban đầu một cách nhanh chóng.
- Van khí nén 3/2
+ Van điện từ khí nén 3/2 hay còn gọi là solenoid vale 3/2.
+ Cấu tạo của van 3/2 tương đối giống 2/2 khi có thân van và coil điện. Thân van sẽ có 2 vị trí truyền động và 3 cửa: cửa cấp khí nén vào, cửa khí nén làm việc, cửa xả khí nén.
+ Khi ở trạng thái bình thường, cửa khí 1 bị chặn đóng, cửa khí số 2 và số 3 thơng nhau. Khi dịng điện được đi vào van, coil điện sinh ra từ trường tạo lực để tác động đến thân van làm đảo chiều. Cửa khí 1 của van sẽ thơng với cửa số 2, cửa số 3 bị chặn lại và dịng khí đi qua cửa van số 1, lên cửa 2 và qua van. Khi ngắt điện, trong vòng 1- 2s, van sẽ trở về trạng thái ban đầu.
- Van khí nén 4/2
+ Van khá đơn giản với thân van và đầu điện. Thân van sẽ có 4 cửa khí và 2 vị trí. Các cửa đó là: 1 cửa khí vào, 2 cửa khí làm việc để kết nối cửa khí xy lanh, 1 cửa khí xả.
+ Khi chúng ta cung cấp điện cho van, lực được sinh ra từ trường sẽ tác động làm cửa khí vào số 1 mở, khí nén sẽ đi đến cửa làm việc số 1. Sau khi thực hiện nhiệm vụ thì về tại cửa làm việc số 2 và đi ra ngoài qua cửa xả.
Mọi hoạt động của van sẽ trở về ban đầu khi ngắt kết nối điện hoặc thôi tác dụng lực đối với van cơ 4/2.
- Van khí nén 5/2
+ Van điện từ khí nén 5/2 được phân chia thành 2 loại đó là: Van 5/2 một đầu điện, van 5/2 hai đầu điện. Dù là loại nào thì kết cấu van vẫn chỉ bao gồm: thân van, đầu điện và trục nối. Tuy nhiên ở thân van sẽ có 5 cửa khí: 1 cửa đưa khí vào, 2 cửa khí xả, 2 cửa khí làm việc kết nối với 2 cửa khí xy lanh và 2 vị trí truyền động.
+ Ở trạng thái bình thường có nghĩa khí nén khơng được đi qua van, các cửa 1 thông cửa số 2, cửa số 3 đóng, cửa 4 thơng với cửa số 5. Khi cấp nguồn điện 12V, 24V hoặc 110V, 220V thì lập tức cửa 1 thông với cửa số 4, cửa số 2 thơng với cửa số 3, cửa số 5 bị đóng, khí sẽ đi qua van đến xy lanh. Với loại van 5/2 một đầu điện, khi ta cấp điện thì van sẽ đảo chiều, ngưng cấp thì van sẽ về nguyên trạng thái ban đầu.
Với loại van điện từ khí nén 5/2 có hai đầu điện thì khi ta cấp điện ở 1 đầu, thì xy lanh sẽ đi ra. Nếu cấp điện ở đầu số 2, ty của xy lanh khí sẽ rút về nhanh chóng.
- Van khí nén 5/3
+ Tương tự như với van 5/2, van khí 5/3 có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ với thân và đầu điện. Tuy nhiên, van có 3 vị trí và 5 cửa: cửa khí vào, 2 cửa làm việc và 2 cửa xả. Van khí nén 5/3 được đánh giá là thiết bị phù hợp để điều khiển xy lanh đơn, xy lanh kép và các loại động cơ khí nén khác.
+ Ở trạng thái bình thường, tất cả các cửa van 5/3 đều đóng. Khi cung cấp điện thì cửa 1 thơng với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3 và cửa xả 5 bị chặn. Để điều khiển van khí nén 5/3 vận hành tự động nhằm tiết kiệm thời gian và nhân công cũng như đảm bảo tuần suất làm việc cao, khách hàng có thể sử dụng timer hẹn giờ đóng ngắt điện hoặc các cảm biến xy lanh được lắp trên thân xy lanh. Với khả năng cung cấp lượng khí nén chính xác, kiểm sốt hướng đi của khí chặt chẽ, van khí nén được tin tưởng lắp đặt trong các hệ thống lị hơi, hệ dây chuyền đóng gói, máy in ấn, sản xuất nồi hơi, máy siết ốc, hệ thống điều hịa, hệ thống vệ sinh, máy nén khí…
Xylanh khí nén
Xylanh là phần tử quan trọng nhất trong hệ thống chuyển động thẳng. Van điều khiển xylanh biến năng lượng tích lũy được thành chuyển động tịnh tiến.
Về cơ bản có thể chia xylanh thành 2 loại: - Xylanh tác động đơn (Single acting cylinder) - Xylanh tác động kép (Double acting cylinder)
Xylanh tác động đơn: được sử dụng trong các hệ thống yêu cầu lực nhỏ và khoảng dịch chuyển ngắn.
Hình 2.34 Hình ảnh và sơ đồ mơ phỏng cấu tạo xylanh tác động đơn
Xylanh tác động kép: Xy lanh tác động kép thực chất là xy lanh tác động đơn, trong đó lị xo hồi được thay thế bằng cửa vào của khí nén
Hình 2.35 Hình ảnh và sơ đồ mơ phỏng cấu tạo xylanh tác động kép
Ngoài ra, cịn có xy lanh tác động kép có vịng đệm, xylanh nối đôi, xy lanh có cần piston 2 phía, xy lanh moment, xy lanh xung động, xylanh nhiều vị trí và xy lanh khơng có cần piston. [18], [19] và [20]
2.2.5. Van điện từ
Khái niệm: Van điện từ là van hoạt động điện cơ. Van được điều khiển bởi dịng
điện thơng qua tác dụng của lực điện từ. Một hệ thống phức máy phức tạp có thể sử dụng nhiều van điện từ được ghép lại với nhau.
Hình 2.36 Hình ảnh van điện từ khí nén và chất lỏng
Chức năng: Van điện từ được sử dụng rộng rãi trong các yếu tố liên quan đến
khí nén và chất lỏng. Cơng việc của chúng là đóng, mở, phân chia, trộn lẫn khí nén từ máy nén khí hoặc từ dầu thủy lực từ bơm thủy.
Ưu điểm: Van điện từ có cơ chế đóng mở nhanh, hoạt động ổn định, độ bền cao,
Nhược điểm: Thường có kết cấu đường ống dạng cong nên giới hạn dòng chảy
hay tốc độ bơm.
Phân loại: Van điện từ được phân loại theo:
+ Số ngõ: 2, 3, 5, …
+ Chất lưu: Khí nén, nước, hơi nước, gas,…
+ Điện áp cuộn solenoid: 24VDC, 110/220VAC,… Thường đóng (NC) hay thường mở (NO) [21]
Cấu tạo van điện từ:
2.2.6. Động cơ bước
Khái niệm: Động cơ bước là một loại động cơ chạy bằng điện có nguyên lý và
ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rotor có khả năng cố định rotor vào các vị trí cần thiết.
Cấu tạo: Động cơ bước có cấu tạo như sau:
– Rotor là một dãy các lá nam châm vĩnh cữu được xếp chồng lên nhau một cách cẩn thận. Trên các lá nam châm này lại chia thành các cặp cực xếp đối xứng nhau.
– Stato được tạo bằng sắt từ được chia thành các rãnh để đặt cuộn dây.
Hình 2.39 Các thành phần cấu tạo của động cơ bước Cách thức hoạt động: Cách thức hoạt động:
- Động cơ bước không quay theo cơ chế thơng thường, mà quay theo từng bước một nên nó có độ chính xác cao về mặt điều khiển học.
- Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử. Các mạch điện tử sẽ đưa các tín hiệu của lệnh điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định.
- Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.
Ưu điểm
- Khả năng cung cấp moment xoắn cực lớn ở dải vận tốc thấp và trung bình. - Khá bền, giá thành cũng tương đối thấp.
- Việc thay thế cũng khá dễ dàng. Ứng dụng
- Động cơ bước hiện nay thường được ứng dụng nhiều trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số là chủ yếu. Nó được thực hiện bởi các lệnh được mã hoá dưới dạng số.
- Ứng dụng trong ngành tự động hoá, đặc biệt là đối với các thiết bị cần có sự chính xác. Ví dụ như các loại máy móc cơng nghiệp phục vụ cho gia cơng cơ khí như: máy cắt plasma cnc, máy cắt cnc laser… [22]
2.2.7. Động cơ DC
Trong đời sống con người, động cơ DC được sử dụng rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực như:
- Các bộ phận khởi động của ôtô, xe máy, máy kéo…
- Các hệ truyền động có cơng suất nhỏ như quạt điện, máy xay sinh tố, động cơ bơm nước…
- Lĩnh vực nghiên cứu, giảng dạy….
Hình 2.40 Hình ảnh một số loại động cơ DC
Trong cơng nghiệp, động cơ DC có vai trị quan trọng, được ứng dụng trong các máy cắt kim loại, các máy công cụ, trong giao thông vận tải hay các thiết bị cầu trục, trong máy ép, máy bơm, máy nghiền, máy cán,…
Ưu điểm:
- Dễ điều chỉnh tốc độ trong khoảng rộng mà vẫn giữ được mơ men - Có dịng mở máy và momen mở máy nhỏ, có khả năng quá tải lớn - Hệ điều khiển đơn giản, …
Nhược điểm:
- Cần mạch chỉnh lưu để cung cấp điện một chiều - Phải thường xuyên bảo trì, thay thế chổi than - Trọng lượng nặng, giá thành cao
- Phát sinh tia lửa điện gây cháy nổ, …
Mặc dù có nhiều nhược điểm như trên, nhưng động cơ DC vẫn có vai trị quan trọng trong việc sản xuất, phát triển công nghiệp và được sử dụng phổ biến trong cuộc sống…
Hình 2.41 Các thành phần của động cơ DC Động cơ DC bao gồm các thành phần sau: Động cơ DC bao gồm các thành phần sau:
+ Phần cảm (Stator) + Phần ứng (Rotor)
+ Hệ thống vành trượt, chổi than Nguyên lý hoạt động:
Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều dựa trên định luật lực điện từ: Khi thanh dẫn mang dịng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường, thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng có trị số là:
Fdt = B. i. l Với: B là từ cảm (T)
i là dòng điện (A)
l là chiều dài hiệu dụng thanh dẫn (m)
Fdt là lực điện từ (N), có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái
Khi cung cấp điện cho động cơ, điện áp U của nguồn điện sẽ gây ra dòng điện I trong thanh dẫn. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ Fdt = B.i.l tác dụng lên thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ v có chiều như hình 2.42. [23]
2.2.8. CB - Circuit Breaker
Khái niệm chung
CB là viết tắt tiếng Anh của từ Circuit Breaker, là khí cụ điện dùng đóng ngắt mạch điện. Có cơng dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp… của mạch điện.
Hình 2.43 Hình ảnh một số loại CB Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của CB Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của CB
Hình 2.44 Sơ đồ cấu tạo CB bảo vệ dòng cực đại
Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, CB được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một cụm với tiếp điểm động.
Bật CB ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút.
Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5 lớn hơn lực lò xo 6 làm cho nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhả móc 3, móc 5 được thả tự do, lị xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của CB được mở ra, mạch điện bị ngắt.
Phân loại CB
CB được phân thành nhiều loại tùy thuộc vào:
- Chức năng: Bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải, bảo vệ thấp áp, bảo vệ dòng rò ,…
- Giá trị dòng điện bảo vệ và vị trí trong mạng điện: MCB (Miniture Circuit Breaker), MCCB (Moulded Case Circuit Breaker), ACB (Air Circuit Breaker) và VCB (Vaccum Circuit Breaker).
- Số pha: 2 pha, 3 pha
- Số cực: 1 cực, 2 cực, 3 cực và 4 cực
Các thơng số kỹ thuật chính của CB
- Tần số định mức : f (Frequency)
- Điện áp làm việc định mức : Ue (Rated service voltage) - Điện áp chịu xung định mức : Uimp (Rated withstand volt - Điện áp cách điện định mức : Ui (Rated insulation voltage) - Dòng điện làm việc định mức : In (Nominal current)
- Dòng cắt định mức : Iu (Rated uninterrupted current)
- Khả năng cắt dòng ngắn mạch tối đa: Icu (Rated ultimate short circuit breaking capacity)
- Khả năng cắt thực tế: Ics = % Icu (Rated service short circuit breaking capacity). [24]
2.2.9. Relay
Khái niệm chung
Relay là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển. Bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực.
Cấu tạo của Relay
Cấu tạo chung của Relay bao gồm 3 cơ cấu cơ bản sau:
- Cơ cấu tiếp thu: Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian.
- Cơ cấu trung gian: Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động.
- Cơ cấu chấp hành: Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển. Phân loại Relay
Có nhiều loại relay với ngun lí và chức năng làm việc rất khác nhau - Phân loại theo nguyên lí làm việc gồm các nhóm:
+ Relay điện cơ (relay điện từ, relay từ điện, relay cảm ứng,…) + Relay nhiệt
+ Relay từ
+ Relay điện tử-bán dẫn, vi mạch + Relay số
- Phân theo nguyên lý tác động của cơ cấu chấp hành:
+ Relay có tiếp điểm: loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm.
+ Relay không tiếp điểm (relay tĩnh): loại này tác động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như: điện cảm, điện dung, điện trở, ...
- Phân loại theo đặc tính tham số vào:
+ Relay dòng điện + Relay điện áp + Relay công suất + Relay tổng trở,...
- Phân loại theo cách mắc cơ cấu:
+ Relay sơ cấp: loại này được mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ.
+ Relay thứ cấp: loại này mắc vào mạch thông qua biến áp đo lường hay biến dòng điện.
- Phân theo giá trị và chiều các đại lượng đi vào relay: + Relay cực đại.
+ Relay cực tiểu.
+ Relay cực đại-cực tiểu. + Relay so lệch.
2.2.10. Nút nhấn, cơng tắc, đèn báo và cịi
Nút nhấn
- Khái niệm: Nút nhấn, hay còn gọi là nút điều khiển – là một loại khí cụ điện dùng