4.3.1. Động Cơ Một Chiều
Động cơ DC là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như công nghiệp. Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM.
Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt động với điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ. Trong công nghiệp,
động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng. ở đây ta chỉ nghiên cứu động cơ DC trong dân dụng chỉ hoạt động với điện áp 24V trở xuống .
Hình 4.2 Một số loại động cơ trên thực tế.
4.3.1.1. Cấu tạo
Một động cơ DC có 6 phần cơ bản:
Phần ứng hay Rotor (Armature).
Nam châm tạo từ trường hay Stator (field magnet).
Cổ góp (Commutat).
Chổi than (Brushes).
Trục motor (Axle).
Bộ phận cung cấp dòng điện DC.
Stator bao gồm vỏ máy, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm (dây quấn kích thích). Số lượng cực từ chính ảnh hưởng tới tốc độ quay. Đối với động cơ công suất nhỏ, người ta có thể kích từ bằng nam châm vĩnh cửu.
Hình 4.3 Cấu tạo động cơ điện một chiều.
Rotor ( còn gọi là phần ứng ) gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại có rãnh để đặt các phần tử của dây quấn phần ứng. Điện áp một chiều được đưa vào phần ứng qua hệ thống chổi than – vành góp.
Chức năng của chổi than – vành góp là để đưa điện áp một chiều và đổi chiều dòng điện trong cuộn dây phần ứng. Số lượng chổi than bằng số lượng cực từ (một nửa có cực từ âm, một nửa có cực từ dương).
Phương trình cơ bản của động cơ 1 chiều: E = K Φ. W (1)
V = E + Ru.Iu (2) M = K Φ Iu (3) Với:
E: sức điện động cảm ứng (V).
Φ: Từ thông trên mỗi cực( Wb).
Iu: dòng điện phần ứng (A).
V : Điện áp phần ứng (V).
Ru: Điện trở phần ứng (Ohm).
W : tốc độ động cơ (rad/s).
M : moment động cơ (Nm).
4.3.1.2. Nguyên lý hoạt động
Khi có một dòng điện chảy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt, cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming. Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho rotor quay. Để làm cho rotor quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ. Chỉ có vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ trường. Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với phương ban đầu của nó, khi đó rotor sẽ quay theo quán tính. Tương tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông kích thích tạo thành momen điện từ. Do đó phần ứng sẽ được quay quanh trục.
Hình 4.4 Nguyên lý hoạt động của động cơ DC.
4.3.2. Cảm Biến E3F3 – D314.3.2.1. Nguyên lý hoạt động 4.3.2.1. Nguyên lý hoạt động
Khi chiếu vào nguồn sáng thích hợp vào cảm biến, tính chất dẫn điện của cảm biến thay đổi, làm mạch tín hiệu cảm ứng thay đổi theo. Như vậy thông tin ánh sáng được chuyển thành thông tin của tín hiệu điện.
Hình 4.4 Nguyên lý hoạt động của cảm biến
Đầu phát của cảm biến phát ra một nguồn sáng về phía trước. Nếu có vật thể che chắn, nguồn sáng này tác động lên vật thể và phản xạ ngược lại đầu thu, đầu thu nhận tín hiệu ánh sáng này và chuyển thành tín hiệu điện. Tuỳ theo lượng ánh sáng chuyển về, mà chuyển thành tín hiệu điện áp và dòng điện và khuyếch đại thành tín hiệu ra.
4.3.2.2. Cấu tạo
Hình 4.5 Hình dáng cảm biến quang
Mô tả
Cảm biến quang E3F3-D31.
Khoảng cách đo 0-100mm.
Nguồn cung cấp 12 tới 24 VDC ±10% kể cả xung tối đa 10% (p-p).
Ngõ ra PNP.
Nguồn sáng(Bước sóng): LED hồng ngoại (860 nm)
Kích thước
Hình 4.6 Cấu tạo cảm biến
Sơ đồ nối dây
Giản đồ ngõ ra
4.3.3. Rơle
4.3.3.1. Khái niệm chung về rơ le
Rơle 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.
4.3.3.2. Các bộ phận chính của rơ le
+ Cơ cấu tiếp thu( khối 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( khối 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 (khối chấp hành) : Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển.
Ví dụ các khối trong cơ cấu rơle điện từ hình 6-1. -Cơ cấu tiếp thu ở đây là cuộn dây.
-Cơ cấu trung gian là mạch từ nam châm điện. -Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm.
4.3.3.3. Phân loại rơle
Có nhiều loại rơle với nguyên lí và chức năng làm việc rất khác nhau. Do vậy có nhiều cách để phân loại rơle:
Phân loại theo nguyên lí làm việc gồm các nhóm
+ Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle từ điện, rơle điện từ phân cực, rơle cảm ứng,...).
+ Rơle nhiệt. + Rơle từ.
+ Rơle điện tử -bán dẫn, vi mạch. + Rơle số.
Phân theo nguyên lí tác động của cơ cấu chấp hành
+ Rơle có tiếp điểm: loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm.
+ Rơle không tiếp điểm (rơle 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 + Rơle dòng điện.
+ Rơle điện áp. + Rơle công suất. + Rơle tổng trở,...
+ Rơle sơ cấp: loại này được mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ. + Rơle 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 rơle +Rơle cực đại.
+Rơle cực tiểu.
+Rơle cực đại-cực tiểu. +Rơle so lệch.
+Rơle định hướng.
4.3.3.4. Đặc tính vào, ra của rơle
Quan hệ giữa đại lượng vào và ra của rơle như hình minh họa.
Khi x biến thiên từ 0 đến x2 thì y = y1 đến khi x= x2 thì y tăng từ y = y1 đến y = y2 (nhảy bậc). Nếu x tăng tiếp thì y không đổi y = y2 . Khi x giảm từ x2 về lại x1 thì y = y2 đến x = x1 thì y giảm từ y2 về y = y1.
Nếu gọi:
+ X = X2= Xtđ là giá trị tác động rơle. + X = X1 = Xnh là giá trị nhả của rơle. Thì hệ số nhả:
Knh=X1/X2=Xnh/Xtđ
Rơ le điện từ làm việc theo nguyên lý điện từ. Nếu đặt một vật bằng vật liệu sắt từ (gọi là phần ứng hay nắp từ) trong từ trường do cuộn dây có dòng điện chạy qua sinh ra.
Từ trường này tác dụng lên nắp một lực làm nắp chuyển động.
4.3.3.5.2. Cấu tạo rơ le điện từ
Hình 4.8 Nguyên lý cấu tạo role điện từ a. Kiểu bản lề; b. Dạng piston
Hình a: Hình b:
1, Cuộn dây 1, Cuộn dây
2, Lõi thép 2, Thanh dẫn
5, Tiếp điểm động 6,7, Tiếp điểm tĩnh 8, Đầu tiếp xúc
4.3.3.5.3. Nguyên lý làm việc
Khi cung cấp điện cho cuộn dây , sẽ tạo ra từ trường chạy trong mạch từ chính.
Lực hút điện từ sinh ra thắng được lực hút của lò xo phản lực 7 nắp mạch từ được về phía lõi dẫn đến tiếp điểm động sẽ tiếp giáp với tiếp điểm động.
4.3.4. Bình Chứa Khí Nén4.3.4.1. Giới thiệu 4.3.4.1. Giới thiệu
Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ là cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khí chuyển đến, trích chứa và ngưng tụ, tách nước.
Kích thước bình chứa phụ thuộc vào công suất tiêu thụ của máy nén khí và công suất tiêu thụ của thiết bị máy móc sử dụng, ngoài ra còn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng khí nén: ví dụ như sử dụng liên tục hay gián đoạn
Bình trích chứa khí nén nên lắp ráp trong không gian thoáng để thực hiện được nhiệm vụ như ngưng tụ và tách nước trong khí nén.
a. Loại bình trích chứa thẳng đứng b. Loại bình trích chứa nằm ngang
c. Loại bình trích chứa nhỏ gắn trực tiếp vào ống dẫn khí.
a b c
Do yêu cầu khí dùng trong mô hình là không lớn nên chúng tôi đã sử dụng hệ thống các bình khí tự chế để thay thế. Hình ảnh về bình chứa khí trong mô hình.
Hình dạng bình khí thực tế trong mô hình
4.3.4.2. Mạng đường ống dẫn khí nén
Mạng đường ống dẫn khí nén có thể phân chia làm 2 loại:
+ Mạng đường ống được lắp ráp cố định(trong nhà máy, xí nghiệp) + mạng đường ống được lắp ráp di động(ví dụ như đường ống trong dây chuyền hoặc trong máy móc thiết bị)
a) Mạng đường ống lắp cố định.
Thông số cơ bản cho mạng đường ống lắp ráp cố định là ngoài lưu lượng khí nén còn có vận tốc dòng chảy, tổn thất áp suất trong đường ống dẫn khí, áp suất yêu cầu, chiều dài ống dẫn và các phụ tùng nối ống
- Lưu lượng: phụ thuộc vào vận tôc dòng chảy. Vận tốc dòng chảy càng lớn, tổn thất áp suất trong ống dẫn càng lớn
- Vận tốc dòng chảy: được chọn trong khoảng từ 6m/s đến 10m/s. vận tốc dòng chảy khi qua các phụ tùng nối ống sẽ tăng lên hay vận tốc dòng chảy sẽ tăng lên nhất thời khi dây chuyền, máy móc đang vận hành
- Tổn thất áp suất: trong các đường ống dẫn chính là 0.1bar. Tuy nhiên trong thực tế sai số cho phép tính đến bằng 5% áp suất yêu cầu. Nếu trong ống dẫn chính có lắp thêm các phụ tùng ống nối, các van thì tổn thất áp suất của hệ thống ống dẫn tăng lên
Khi lắp ráp hệ thống ống dẫn khí nén thường nghiêng góc từ 1% - 2% so với mặt phẳng nằn ngang (hình 3.1). Vị trí thấp nhất của hệ thống ống dẫn so với mặt phẳng nằm ngang, lắp ráp bình ngưng tụ nước, để nước trong ống chứa đụng ở đó.
b) Mạng đường ống lắp ráp di động.
Mạng đường ống lắp ráp di động đa dạng hơn mạng đường ống lắp ráp cố định. Ngoài những đường ống bằng kim loại có thành ống mỏng như ống dẫn bằng đồng, người ta còn sử dụng thêm các loại ống dẫn bằng nhựa, vật liệu tổng hợp, các đường ống dẫn bằng cao su. Đường kính ống dẫn được lựa chọn phải tương ứng với đường kính mối nối của phần tử điều khiển.
Ngoài những mối lắp ghép bằng ren, mạng đường ống di động còn sử dụng các mối nối cắm với các đầu kẹp
Tùy theo áp suất của khí nén cho từng loại máy mà chọn những loại ống dẫn có nhứng tiêu chuẩn khác nhau.
* Hệ thống đường ống:Có tác dụng truyên dẫn khí, tạo ra sự liên kết giữa các bộ phận trong hệ thống khí nén
Hình 4.11 Hình dạng ống dẫn khí nén
* Hệ thống đường ống dẫn khí trong một số nhà máy
Hình 4.12 Hệ thống ống dẫn khí trong công nghiệp
4.3.5. Xy lanh
4.3.5.1. Xy lanh tác động 2 chiều (xy lanh tác động kép)
a) Nguyên lý làm việc
Nguyên tắc hoạt động của xylanh tác động kép là áp suất khí nén được dẫn vào cả 2 phía của xylanh.
-
Xylanh tác động 2 chiều có giảm chấn: Nhiệm vụ của cơ cấu giảm chấn là ngăn chặn sự va đập của pittong vào thành của xylanh ở vị trí cuối hành trình. Người ta dùng van tiết lưu một chiều để thực hiện giảm chấn.
4.3.6. Van Đảo Chiều
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng của dòng năng lượng
4.3.6.1. Nguyên lí hoạt động
Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều (hình 4.2): khi chưa có tín hiệu tác động vào cửa (12) thì cửa (1) bị chặn và cửa (2) nối với cửa (3). Khi có tín hiệu tác động vào cửa (12), ví dụ tác động bằng dòng khí nén, nòng van sẽ dịch chuyển về phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) và cửa (3) bị chặn. Trường hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) mất đi, dưới tác động của lực lò xo, nòng van sẽ trở về vị trí ban đầu.
Xylanh tác động 2 chiều có giảm chấn không điều chỉnh được
Hình 4.14 Xylanh tác động 2 chiều có giảm chấn điều chỉnh được
4.3.6.2. Ký hiệu van đảo chiều
Chuyển đổi vị trí của nòng van được biểu diễn bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái o,a,b,c… hay các chữ số 0, 1, 2, 3….
Vị trí “ không” được ký hiệu là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu ngoài vào. Đối với van có 3 vị trí, vị trí ở giữa là vị trí “ không”. Đối với van có 2 vị trí thì vị trí “ không” có thể là “a” hoặc là “ b “, thông thường vị trí “b” là vị trí “ không”.
Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường thẳng có hình mũi tên, biểu diễn hướng chuyển động của dòng qua van. Trường hợp dòng van bị chặn được biểu diễn bằn dấu gạch ngang.
a o b a b
Hình 4.15 Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều
- Ký hiệu và tên gọi van đảo chiều (như hình vẽ)
a o b a b
Van đảo chiều 4/3 Van đảo chiều 3/2
Số vị trí Số cửa
Hình 4.17 Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều
a o b a b
Van đảo chiều 4/3 Van đảo chiều 3/2
Số vị trí Số cửa
Một số van đảo chiều thường gặp:
4.3.6.3. Tín hiệu tác động
Nếu ký hiệu lò xo nằm ngay bên phải của ký hiệu van đảo chiều, thì van đảo chiều đó có vị trí “không”, vị trí đó là ô vuông phía bên phải của ký hiệu van đảo chiều và được ký hiệu “0”. Điều đó có nghĩa là khí chưa có tín hiệu tác động vào nòng van thì lò xo tác động giữ vị trí đó.
a) Tín hiệu tác động bằng tay
Hình 4.20 Ký hiệu tín hiệu tác động
b) Tác độngbằng cơ
Hình 4.21 Ký hiệu tín hiệu tác động bằng cơ c) Tác động bằng khí nén
Hình 4.22 Ký hiệu tín hiệu tác động bằng khí nén d) Tác động bằng nam châm điện
4.3.6.4. Van đảo chiều 5/2 có vị trí “ không
- Tác động bằng cơ–đầu dò
Hình 4.24 Van đảo chiều 5/2 tác động bằng cơ-đầu dò - Tác động bằng khí nén:
Một số hình ảnh của van đảo chiều 5/2
Hình 4.26 Van đảo chiều 5/2
4.3.6.5. Van đảo chiều 5/2 không có vị trí “ không”
Van đảo chiều không có vị trí “ không” là loại van sau khi tác động lần cuối lên nòng van không còn nữa thì van sẽ giữ nguyên vị trí tác động cuối cùng, chừng nào chưa có tín hiệu tác động lên phía đối diện của nòng van. Tác động lên nòng van có thể là:
- Tác động bằng tay, bàn đạp.
- Tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi vào hoặc đi ra từ hai phía. - Tác động trực tiếp bằng điện từ hay gián tiếp bằng dòng khí nén qua van phụ trợ.
Loại van đảo chiều chịu tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi vào hay đi ra từ hai nòng van hay tác động trực tiếp bằng nam châm điện từ