Đang tải... (xem toàn văn)
hệ thống điều khiển bằng điện khí nén
CHƯƠNG 1 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với thời gian, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển những công nghệ mới dần được thay thế các công nghệ cũ. Điều đó không những đem lại hiệu quả trong công việc mà nó còn làm lợi về kinh tế, nâng cao độ chuẩn xác giảm bớt sự cồng kềnh. Tuy nhiên, đến nay việc áp dụng điều khiển bằng điện khí nén trong các dây trưyền sản xuất, trong những công việc mang tính chất nguy hiểm, cần có độ an toàn cao, hay những dây truyền cần có áp lực lớn ví dụ như: trong điều khiển máy xúc, trong luyện kim, trong việc đóng gói sản phẩm vẫn không thể thiếu. Nó đóng một vai trò quan trọng trong các dây truyền tự động. Trước tầm quan trọng của hệ thống điều khiển bằng điện khí nén trong các ngành kỹ thuật. Nhóm chúng em gồm ba người là: Đã quyết định cùng nhau tìm hiểu thêm về các hệ thống điều khiển bằng điện khí nén cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy : vừa để có thêm kiến thức. Và cũng là để giúp ích cho chúng em sau nay ra trường. Đề tài chúng em cùng nhau nghiên cứu là: Nhưng do thời gian có hạn và kiến thức của chúng em về phần này còn hạn chế nên trong quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo có nhiều thiếu sót và sản phẩm còn chưa được hoàn thiện. Vì vậy, chúng em rất mong được sự góp ý của thầy cô trong khoa để đồ án của chúng được hoàn thiện hơn và có thêm những kiến thức sâu hơn về lĩnh vực điều khiền bằng điện- khí nén. 1 Đề tài gồm có 7 chương: Chương 1: Lời nói đầu, khái quát về lí do lựa chọn đề tài và kết cấu của đề tài. Chương 2: Phân tích, lựa chọn động cơ cho máy khoan. Chương 3: Phân tích, lựa chọn phương pháp điều khiển cho động cơ máy khoan. Chương 4: Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển và mạch động lực cho động cơ máy khoan. Chương 5: Các phương pháp thiết kế mạch điều khiển điện - khí nén. Chương 6: Thiết kế mạch điện - khí nén. Chương 7: Thuyết minh toàn bộ hệ thống. 2 Lời cảm ơn Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn: Nguyễn Phúc Đáo và các thầy cô giáo trong khoa Điện - Điện tử, cùng tất cả các thành viên trong lớp ĐK33S đã nhiệt tình đống hóp ý kiến, chỉ bảo cho chúng em về kinh nghiệm thực tế và các tài liệu khoa học liên quan, để chúng em có điều kiện hoàn thành đề tài nghiên cứu này. Một lần nữa chúng em rất mong sự thông cảm cho những thiếu sót trong nội dung đề tài và mong sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo để chúng em có được kiến thức và hiểu biết vững vàng hơn trong học tập và công tác sau này. Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Hưng yên, ngày . tháng . năm 2006 Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Thuỳ Dương Hoàng Quang Hưng Vũ Văn Hoạt 3 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1 . . . . . . . . . . . . . . . . 4 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 2 . . . . . . . . . . . . . . . . NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 5 . . . . . . . . . . . . . . . . MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG Chương 1: 6 DẪN NHẬP 1 - Đặt vấn đề. Không khí chung quanh chúng ta nhiều vô kể và nó là một nguồn năng lượng rất lớn mà con người đã biết sử dụng chúng từ trước công nguyên. Tuy nhiên sự phát triển và ứng dụng khí nén lúc đó còn rất hạn chế do sự phối hợp giữa các ngành vật lý, cơ học v.v… Vào khoảng thế kỷ 17 các nhà bác học Blaise Pascal, Denis Papin, Otto von Guerike đã xây dựng nền tảng cho việc ứng dụng của khí nén. Cùng với sự phát triển của khí nén, năng lượng điện đã phát triển mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực, con người đã biết ứng dụng kết hợp năng lượng điện với khí nén thiết kế điều khiển bằng điện - khí nén. 2. Tầm quan trọng và ứng dụng của điện - khí nén. 7 Trong thời kỳ cách mạng công nghiệp nổ ra, sự phát triển về điều khiển bằng điện - khí nén không ngừng diễn ra. Các ứng dụng của điện - khí nén để điều khiển như: phun sơn, gá kẹp chi tiết … Các ứng dụng của điện - khí nén trong truyền động như máy vặn vít, các moto khí nén, máy khoan, các máy va đập dùng trong đào đường, hệ thống phanh ôtô v.v… 3. Ưu nhược điểm của hệ thống điện - khí nén * Ưu điểm: - Không gây ô nhiễm môi trường. - Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nhớt động học của khí nén nhỏ, tổn thất trên dọc đường thấp. - Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo. * Nhược điểm: - Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi. - Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn. 4. Mục đích yêu cầu - giới hạn đề tài Trong công cuộc hiện đại hoá, công nghiệp hoá, đất nước ta mở cửa cho các nhà đầu tư vào hoạt động. Các hệ thống tự động hoá công nghiệp điều khiển bằng khí nén cũng dần xuất hiện nhiều. Tự động hoá trong công nghiệp sẽ cho ra nhiều sản phẩm hơn đồng thời đòi hỏi sự hoạt động của nó phải đạt độ chính xác cao, an toàn v.v… Sự kết hợp giữa ngành điện - điện tử và ngành cơ khí là một bước tiến quan trọng trong sự phát triển của tự động hoá trong công nghiệp. Trước tầm quan trọng của hệ thống điều khiển bằng điện - khí nén và cũng là để củng cố thêm kiến thức sau khi ra trường, chúng em quyết định thực hiện đề tài: 8 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÊN TÀI LIỆU TÊN TÁC GIẢ 1. Hệ thống điều khiển bằng khí nén PTS Nguyễn Ngọc Phương 2. Trang bị điện - điện tử công nghiệp Nhà Xuất Bản Giáo Dục 3. Giáo trình điện tử công nghiệp Nhà Xuất Bản Giáo Dục 4. Truyền động điện Bùi Quốc Khánh 5. Máy điện 1, 2 Vũ Gia Hanh 9 Chương 2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ CHO MÁY KHOAN Lựa chọn động cơ cho máy khoan là một bước cộng việc rất quan trọng. Hệ thống có thể hoạt động ổn định thì phải lựa chọn được động cơ phù hợp với yêu cầu của hệ thống. Đối với động cơ máy khoan thì điều quan trong là tốc độ động cơ phải thay đổi theo tải, dễ điều chỉnh tốc độ, ngoài ra còn phải thoả mãn yêu cầu của thực tế như: động cơ gọn nhẹ, giá thành rẻ v.v… Ở chương 2 này chúng em đi phân tích ưu nhược điểm của từng loại động cơ để có thể có được sự lựa chọn tối ưu nhất . 2.1. Động cơ điện một chiều Tuỳ theo cách kích từ, động cơ điện một chiều có những tính năng khác nhau biểu diễn bằng các đường đặc tính làm việc, đặc tính cơ khác nhau. Trong các đặc tính đó, quan trọng nhất là đặc tính cơ biểu thị quan hệ giữa tốc độ quay và mô men n = f(M) 2.1.1. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoặc kích từ song song Ở động cơ điện một chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ được cấp điện từ một nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho rotor (cuộn ứng) 10 [...]... các phần tử bảo vệ như mạch điện sau: CHƯƠNG 5 CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN 5.1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống điện - khí nén 5.1.1 Hệ thống điều khiển Điện Khí nén Hệ thống điều khiển bằng khí nén bao gồm: Thiết bị điều khiển và đối tượng điều khiển Tín hiệu nhiễu Đối tượng điều khiển Dây chuyền sản xuất XC 1 2 XC Tín hiệu điều khiển Thiết bị điều khiển 30 XC + Phần tử đưa... áp răng cưa: R9 = 20k - Điện áp điều khiển: - Dòng điện đồng bộ: ÷ U11 = - 0,5 (US - 2)V US = 200 µA µF - Tụ điện: C10 = 0,5 - Tần số xung ra: f = 10 500Hz ÷ 4.2 Sơ đồ mạch điện dùng TCA 785 4.2.1 Mạch điều khiển a Sơ đồ mạch điện 26 Ω÷ 500 k Ω b Nguyên lý hoạt động Mạch điều khiển dùng TCA 785 gồm hai khối chính: * Khối chỉnh lưu tạo điện áp một chiều dùng IC ổn áp 7815 - Điện áp vào Uv xoay chiều... tụ: V 10 = Điện áp trên tụ: Vref K R9 Vref K t R9 C10 TCA785 do hãng Siemen chế tạo, được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều α Có thể điều chỉnh góc từ 00 đến 18000 điện Thông số chủ yếu của TCA785: - Điện áp nuôi: US = 18V - Dòng điện tiêu thụ: IS = 10mA - Dòng điện ra: I = 50mA - Điện áp răng cưa: Urmax = (US - 2)V - Điện trở trong mạch tạo điện áp răng... áp xuống U ra = 15V xoay chiều Điện áp ra được đưa qua cầu chỉnh lưu tạo ra dòng điện một chiều, dòng điện một chiều này được đưa vào IC ổn áp 7815 tạo ra điện áp chuẩn 15V - Trong đó tụ C1 = 1000 ÷ 2000 μF có nhiệm vụ lọc nguồn (dòng điện một chiều lấy ra sẽ phẳng hơn) * Khối tạo tín hiệu điều khiển mạch động lực (TCA 785) - Mạch điều khiển dùng TCA 785 có nhiệm vụ điều khiển biên độ, độ rộng, thời... trở, điện kháng mạch từ hoá; I1 - dòng điện cuộn dây stator; R1 ,X1 - điện trở điện kháng cuộn stator; Khi cuộn dây stator được cấp điện với điện áp định mức U 1ph.đm trên một pha mà giữ yên rôto (không quay) thì mỗi pha của cuộn dây rôto sẽ xuất hiện một sức điện động E2ph.đm theo nguyên lý của máy biến áp Hệ số quy đổi sức điện động là: kE = U 1 ph.dm E 2 ph,dm (2.8) Từ đó, có hệ số quy đổi dòng điện: ... thuộc vào giá trị VR1 mà biên độ điện áp đầu vào U11 sẽ thay đổi sau đó được so sánh với điện áp răng cưa làm thay đổi thời gian xuất hiện xung điện áp tại chân số 14 và 15 - Tụ C3 có nhiệm vụ tạo điện áp răng cưa - Biến trở VR2 mắc nối tiếp với điện trở R2 tại chân số 9 sẽ điều khiển độ rộng và biên độ đặt điện áp răng cưa - Chân 13 được nối trực tiếp với nguồn sẽ điều khiển xung ra có biên độ rộng -... mạch điều khiển bao gồm: tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh, tạo xung ra a Ký hiệu và chức năng của TCA 785 Chân 1 2 3 4 5 Kí hiệu QS Q2** QU Q1* VSYNC Chức năng Chân nối đất Đầu ra 2 đảo Đầu ra U Đầu ra 1 đảo Điện áp đồng bộ Chân 9 10 11 12 12 24 Kí hiệu R9 C10 V11 C12 L Chức năng Điện trở tạo mạch răng cưa Tụ tạo mạch răng cưa Điện áp điều khiển Tụ tạo độ rộng xung Tín hiệu điều. .. V K Ω µS Tín hiệu cấm vào, chân 6 Cấm Cho phép Độ rộng xung ra, chân13 Xung hẹp Xung rộng Độ rộng xung ra, chân 14, 15 Điện áp ra mức cao điện áp ra mức thấp Độ rộng xung hẹp Độ rộng rộng V6I V6H V13H V13L V14/15L V14/15L tP tP Điện áp điều khiển Điện áp chuẩn Góc điều khiển ứng với điện áp chuẩn VREF α 3,3 3,3 2,5 V V 3,5 2,5 3,5 2,5 V V VS – 3 0,3 20 530 VS – 2,5 0,8 30 620 VS 1,0 2 40 760 V V 4 2,8... Nhờ vào mạch điều khiển dùng IC TCA 785 trên mà chúng ta sẽ điều khiển được thời gian, độ rộng, biên độ xung ra tại chân số 14 và 15 tuỳ theo việc thay đổi giá trị của biến trở VR1 Xung ra tại chân số 14 và 15 sẽ điều khiển việc đóng mở Triac làm thay đổi điện áp đặt vào động cơ 4.2.2 Mạch động lực a Sơ đồ mạch động lực 28 b Nguyên lý hoạt động - Xung ra tại chân số 14 và 15 bên mạch điều khiển sẽ tác... điện động) có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động cơ Phương trình điện áp ở mạch rotor sẽ là: U = E + IưRư Trong đó: ∑ (2.1) U - điện áp lưới, V; E - sức điện động của động cơ, V; Iư - dòng điện phần ứng của động cơ, A; ∑ Rư - điện trở toàn bộ mạch phần ứng, ∑ Rư = Rư + Rp Ω ; (2.2) Rp - điện trở phụ trong mạch phần ứng, Rư - điện trở mạch phần ứng, 11 Ω ; Ω ; Sức điện động phần ứng tỷ lệ với . dụng kết hợp năng lượng điện với khí nén thiết kế điều khiển bằng điện - khí nén. 2. Tầm quan trọng và ứng dụng của điện - khí nén. 7 Trong thời. về điều khiển bằng điện - khí nén không ngừng diễn ra. Các ứng dụng của điện - khí nén để điều khiển như: phun sơn, gá kẹp chi tiết … Các ứng dụng của điện
