Đồ án Nghiên cứu thiết kế mô hình cửa đóng mở tự động dùng cho đào tạo

0010 0010 4 4 90-112.5 90-112.5 0100 0100 0110 0110 5 5 112.5-135 112.5-135 0101 0101 0111 0111 6 6 135-157.5 135-157.5 0110 0110 0101 0101 7 7 15.75-180 15.75-180 0111 0111 0100 0100 8 8 180-202.5 180-202.5 1000 1000 1100 1100 9 9 202.5-225 202.5-225 1001 1001 1101 1101 10 10 225-247.5 225-247.5 1010 1010 1111 1111 11 11 247.5-270 247.5-270 1011 1011 1110 1110 12 12 270-292.5 270-292.5 1100 1100 1010 1010 13 13 292.5-315 292.5-315 1101 1101 1011 1011 14 14 315-337.5 315-337.5 1110 1110 1001 1001 15 15 337.5-360 337.5-360 1111 1111 1000 1000 Hình 2.16. Bit màu xám và tài nguyên thiên nhiên mã nhị phân. 2.6.2. Encoder gia số. Encoder được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Encoder gia số có hai loại + Kiểu thẳng. + Kiểu quay. a.Encoder quay: Gồm có nguồn sáng ( trong kết cấu này nguồn sáng là bóng đèn), thấu kính, thước cố dịnh , đĩa phát xung, photosensor và mạch điện. Đĩa phát xung được làm bằng vật liệu trong suốt trên có một hoặc hai dải băng (dải băng là tập hợp các vạch sáng tối có chiều dày giống nhau). Một trong hai dải băng trên đĩa làm nhiệm vụ phát xung, dải băng còn lại để xác định góc quay không quy chiếu. Đĩa phát xung đựoc lắp trên trục và chuyển động quay cùng trục. Đĩa thứơc ( thước cố định) có xẻ bốn rãnh trên cùng một hàng, rãnh xẻ thứ năm bố trí trên hàng riêng và thước được cố định trên vỏ cùng phía với photosensor.Tương ứng với năm rãnh cố định ta lắp năm photosensor , photosensor cũng được lắp cố định với Encoder. Thấu kính làm nhiệm vụ biến đổi đường đi của các tia sáng thành các tia sáng song song. Hình 2.17. Encoder gia số kiểu quay. b.Encoder gia số kiểu thẳng: Encoder gia số kiểu thẳng cũng có những thành phần như Encoder gia số kiểu quay nhưng chỉ khác là thước động là thước thẳng. Hình 2.18. Nguyên lý hoạt động của Encoder kiểu gia số Nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống Encoder kiểu quay: Encoder gia số kiểu thẳng gồm có nguồn sáng ( trong kết cấu này nguồn sáng là bóng đèn ), thấu kính, đĩa thước cố định, đĩa phát xung, photosensor và mạch điện . Đĩa phát xung được làm bằng vật liệu trong suốt, trên có một hoặc hai dải băng (dải băng là tập hợp các vạch sáng tối có chiều dày giống nhau). Một trong hai dải băng trên đĩa làm nhiện vụ phát xung, dải băng còn lại để xác định góc không quy chiếu. Đĩa phát xung được lắp trên trục và chuyền động quay cùng trục. Đĩa thước (thước cố định) có xẻ bốn rãnh trên cùng một hàng, rãnh thứ năm bố trí trên hàng riêng và thước được cố định trên vỏ cùng phía với photosensor. Ưu nhược điểm của encoder gia số. *Ưu điểm. Đơn giản và rẻ tiền. Không cần mạch giải mã và không cần bộ đếm. Tốc độ có thể chọn ở bất kì thời điểm nào . *Nhược điểm. Không đo được vị trí tuyệt đối do sự thay đổi gia số. Rất nhạy cảm với các tín hiệu bên ngoài. Ngắt nguồn điện sẽ làm mất gốc 0, muốn đo được phải xác định lại. Hình 2.19. Encoder công nghệ. c.Encoder xung: *Ưu điểm: - Đầu ra dạng xung nên trong các hệ thông điều khiển không cần có các bộ chuyển đổi ADC. - Dễ sử dụng. *Nhược điểm: - Giá thành cao. - Phải có thêm mạch giải mã và đếm. Với những ưu nhược điểm của các loại Encoder nêu trên , ta nên chọn loại Encoder tương đối 100xung/vòng quay, điện áp đầu vào là 5V, xung ra có điện áp là 5V. 2.7. THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ ĐIỀU KHIỂN. 2.7.1. Khái niệm chung về rơle. 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. 2.7.2. Các bộ phận (các khối )chính của rơle. a. 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 dầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tin hiệu phù hợp cho khối không gian. b. 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 c.Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành): Làm nhiệm vụ phát tin hiệu cho mạch điều khiển Hình 2.20.Sơ đồ khối của rơle điện từ Các khối trong rơle điện từ (hình 2.20). + 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. 2.7.3. Phân loại rơ le. Có nhiều loại rơle với nguyên lý và chức năng làm việc rất khác nhau. Do vậy có nhiều cách để phân loại rơle. a.Phân loại theo nguyên lý làm việc gồm các nhóm - Rơle điện cơ (rơle điện từ,rơle cảm ứng…) - Rơle nhiệt. - Rơle từ…. b.Phân loại theo nguyên lý tác động của cơ cấu chấp hành. - Rơle có tiếp điểm. - Rơ le 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: điên cảm, điện dung, điện trở,…. c. Phân loại theo đặc tính tham số vào. - Rơ le dòng điện - Rơ le điện áp…. d. Phân loại theo cách mắc cơ cấu - Rơ le sơ cấp: Được mắc trực tiếp vào mạch cần bảo vệ. - Rơ le thứ cấp: Được lắp vào mạch thông qua biến áp đo lường hay biến dòng điện. e. Phân theo gia trị và chiều các đại lượng đi vào rơ le. - Rơ le cực đại. - Rơ le cực tiểu…. 2.7.4. Đặc tính vào ra của rơle. Hình 2.21. Đặc tính vào ra của rơle Quan hệ giữa đại lượng vào và ra của rơ le như hình minh họa. Khi X biến thiên từ 0 đến X2 thì Y= Y1 đến khi X= X1 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 rơ le. + X=X1=Xnh là giá trị nhả của rơ le. 2.7.4.1. Các thông số của rơle. a. Hệ số điều khiển rơle. - Pđk là công suất điều khiển định mức của rơ le, chính là công suất định mức của cơ cấu chấp hành. - Ptđ là công suất tác động, chính là công suất cần thiết cung cấp cho đầu vào để rơ le tác động. b.Thời gian tác động. Là thời gian kể từ thời điểm cung cấp tín hiệu cho đầu vào, đến lúc cơ cấu chấp hành làm việc. Với rơ le điện từ là quãng thời gian cuộn dây được cung cấp dòng ( hay áp) cho đến lúc hệ thống tiếp điểm đóng hoàn toàn (với tiếp điểm thường mở) và mở hoàn toàn (với tiếp điểm thường đóng). 2.7.4.2. Một số loại rơle thông dụng. a. Rơle trung gian. - Rơ le trung gian được sử dụng rất nhiều trong các hệ thống bảo vệ điện trong các hệ thống điều khiển tự động. - Do có số lượng tiếp điểm lớn, từ 4 đến 6 tiếp điểm, vừa thường đóng vừa thường mở. Rơ le trung gian được sử dụng khi khả năng đóng cắt của rơ le chính không đủ, hoặc chia tín hiệu từ rơ le chính đến nhiều bộ phận khác nhau của sơ đồ mạch điều khiển. - Trong các bảng mạch điều khiển dùng linh kiện điện tử, Rơ le trung gian thường được dùng làm các phần tử đầu ra để truyền tín hiệu cho bộ phận mạch phía sau, đồng thời cách ly điện áp giữa phần điều khiển thường là điện áp thấp, một chiều (5V, 10V, 12V, 24V) với phần chấp hành thướng là điện áp lớn xoay chiều (220V, 380V). Hình 2.22. Rơ le trung gian Những yêu cầu khi chọn rơ le trung gian. Công suất tiêu thụ nhỏ. Kết cấu sử dụng đơn giản. Công suất ngắt của hệ thống là đủ lớn. Độ bền cơ, độ bền điện của cặp tiếp điểm. Số lượng cặp tiếp điểm phù hợp với nhu cầu sử dụng. b. Rơ le thời gian. Trong tự động điều khiển và bảo vệ thường gặp phải những trường hợp cần có một khoảng thời gian giữa những thời điểm tác động của hai hay nhiều thiết bị hoặc trong tự động hóa quá trình sản xuất, nhiều khi phải tiến hành những thao tác kế tiếp nhau cách nhau những khoảng thời gian xá định. Để tạo nên những khoảng thời gian đó người ta dùng rơ le thời gian. Như vậy rơ le thời gian là thiết bị khi có tín hiệu vào rơ le thì sau một thời gian xác định rơ le phát tín hiệu ở đầu ra (còn gọi là rơ le trễ thời gian hay bộ trễ). Rơ le thời gian có nhiều loại cấu tạo, nguyên lý hoạt động khác nhau như: rơ le thời gian điện từ, kiểu thủy lực, kiêủ đồng hồ, kiểu kỹ thuật số. Tùy theo yêu cầu công nghệ giá thành mà ta chọn cho phù hợp. Những yêu cầu khi chọn rơ le thời gian. Khả năng duy trì thời gian ổn định chính xác, không phụ thuộc dao động của điện áp nguồn cấp, tần số nhiệt độ môi trường… Công suất ngắt của hệ thống tiếp điểm là đủ lớn. Công suất tiêu thụ nhỏ. Kết cấu sử dụng đơn giản. Số tiếp điểm rơ le cung cấp. Hầu hết các loại rơ le yêu cầu trở về trạng thái khi tín hiệu điện vào ban đầu bằng không, do đó yêu cầu hệ số nhả cao. Hình 2.23. Rơ le thời gian 2.8. THIẾT BỊ TRUYỀN ĐỘNG 2.8.1. Động cơ điện một chiều . Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điện một chiều thông dụng. Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm : * Ưu điểm: Nhiều khả năng điều chỉnh tốc độ rất tốt, khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải không những thế cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản, đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ. Chính vì vậy mà động cơ một chiều được dùng nhiều trong các ngành cồng nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải…. * Nhược điểm: Bên cạnh đó động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhất địnhcủa nó: Giá thành của động cơ điện một chiều lớn hơn động cơ điện xoay chiều, chế tạo và bảo quản cổ góp điện phức tạp hơn (dễ phát sinh tia lửa điện)… Nhưng do những ưu điểm nên động cơ điện một chiều vẫn có một tầm quan trọng nhất định trong sản xuất. Hình.2.24. Động cơ điện một chiều 2.8.1.1. Cấu tạo động cơ điện một chiều Cấu tạo động cơ điện một chiều có thể chia làm hai phần chính phần tĩnh và phần động. a. Phần tĩnh (stato). Đây là phần đứng yên của máy bao gồm những bộ phận sau: Cực từ chính. Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt, cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm từ những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày từ 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng cách điện kỹ thuật thành một khối, tấm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ nối tiếp với nhau. Cực từ phụ. Được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo lại giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulong. Gông từ. Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Các bộ phận khác. - Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật bên ngoài rơi vào gây hư hổng và an toàn cho người sử dụng không bị chạm vào điện. Trong máy điện vừa và nhỏ nắp máy còn có tác dụng làm gá đỡ ổ bi. - Cơ cấu chổi than: Để đưa điện từ chổi than ra ngoài. Cơ cấu chổi than bao gồm chổi than đặt trong hộp chổi than chò một lò xo tỳ chặt trên cổ góp. Hộp chổi than được đặt cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Hình 2.25. Cực từ chính b. Phần quay (roto). Bao gồm những bộ phận chính sau: Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ. Trong những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì dây quấn vào. Trong các máy điện công suất trung bình trở lên người ta thường đạp các rãnh để khi ép lại tạo thành các lỗ thông gió làm mát cuộn dây và mạch từ. Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Trong máy điện nhỏ dây quấn phần ứng có tiết diện tròn, với động cơ có công suất vừa và lớn tiết diện dây là hình chữ nhật. Cổ góp: Cổ góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến ghép bằng đồng ghép lại thành hình trụ tròn sau đó được ép chặt vào trục. Các phiến góp được cách điện với nhau bằng các tấm meca đặt ở giữa. Đuôi các phiến góp nhô cao để hàn đầu dây cuộn dây phần ứng, mỗi phiến góp có đuôi chỉ hàn một đầu dây và tạo thành các cuộn dây phần ứng nối tiếp nhau. Các bộ phận khác. Cánh quạt: Cánh quạt dùng để làm mát động cơ. Trục máy: Trục máy được làm bằng loại thép cứng nhiều cacbon. Trên trục máy đặt lõi thép phần ứng và cổ góp. Hai đầu của trục máy được gối lên hai vòng bi ở nắp máy Hình 2.26. Cấu tạo động cơ điện một chiều 2.8.1.2 Nguyên lý làm việc và phương trình điện áp của động cơ điện một chiều: Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện trong dây quấn phần ứng có dòng điện Iư. Các thanh dẫn ab, cd có dòng điện trong nam châm trong từ trường, sẽ chịu lực Fđt tác dụng làm cho roto quay. Chiều lực xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau, do có phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi. Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường, sẽ cảm ứng sđđ Eư chiều xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ở động cơ điện sđđ Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư còn được gọi là sức phản điện. Phương trình điện áp sẽ là: U = Eư + RưIư. (3.1) d c Iư c b d B Fđt Fđt a Hình 2.27. Nguyên lí hoạt động của động cơ điện một chiều có chổi than 2.8.1.3. Điều chỉnh tốc độ và đảo chiều động cơ điện một chiều. a. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. Truyền động điện một chiều sử dụng cho các máy có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ moomen. Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Theo lý thuyết máy điện ta có phương trình sau: với (3.2) hay Từ hai phương trình trên ta thấy n (tốc độ của động cơ), phụ thuộc vào Ф (từ thông ), R (điện trở),U (điện áp phần ứng). Vì vậy để điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều ta có các phương pháp sau: - Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng. - Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch roto. - Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ. b. Đảo chiều động cơ. Để đảo chiều quay của động cơ một chiều ta đảo chiều quay mômen động cơ bằng 1 trong 2 cách. M= KФI - Đổi chiều từ thông Ф (đảo chiều Ikt) còn I giữ chiều cũ nghĩa là cực tính của điện áp đặt vào giữ nguyên như cũ. Nếu dùng phương pháp đảo chiều dòng kích từ . Khi máy đang quay do hệ số điện cảm của cuôn dây kích từ lớn ( do có nhiều vòng dây) nên khi thay đổi dòng kích thích Ikt thì xuất hiện s.đ.đ cảm ứng rất cao gây ra điện áp đánh thủng cách điện dây quấn kích từ. - Do đó để đảo chiều quay động cơ ta chọn phương pháp đảo chiều dòng phần ứng. Hình 2.28. Dòng điện qua roto đảo chiều Hình 2.29. Sơ đồ dòng điện khi đi qua stator và roto 2.8.2 Động cơ điện xoay chiều. 2.8.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động. Hình 2.30. Động cơ điện xoay chiều một pha Động cơ điện xoay chiều gồm có hai phần chính là stato và roto. - Stato gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay. - Roto hình trụ có tác dụng như một cuộn dây cuốn trên lõi thép. Khi mắc động cơ và mạng điện xoay chiều, từ trường quaydo stato gây ra làm cho roto quay trên trục. Chuyển động quay của roto được trục máy truyền ra ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc cơ cấu truyền động khác. 2.8.2.2. Phân loại. Động cơ điện xoay chiều được sản xuất với nhiều kiểu và công suất khác nhau. Theo sơ đồ nối điện có thể phân ra làm 2 loại: - động cơ 3 pha. - động cơ 1 pha. Và nếu theo tốc độ có thể phân thành 2 loại: - động cơ đồng bộ. - động cơ không đồng bộ. Động cơ điện xoay chiều 3 pha. Từ trường quay được tạo ra bằng cách cho dòng điện ba pha chạy vào ba nam châm điện đặt lệch nhau trên một vòng tròn. Cách bố trí các cuộn dây tương tự như trong máy phát điện ba pha, nhưng trong động cơ điện người ta đưa dòng điện từ ngoài vào các cuộn dây. Khi mắc động cơ vào mạng điện ba pha, từ trường quay do stato gây ra làm cho rôto quay trên trục. Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác. Động cơ điện xoay chiều 1 pha. Dựa theo nguyên tắc của động cơ không đồng bộ ba pha, người ta chế tạo được những động cơ không đồng bộ một pha. Stato của loại động cơ này gồm hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc, một dây nối thẳng với mạng điện, dây kia nối với mạng điện qua một tụ điện. Cách mắc như vậy làm cho hai dòng điện trong hai cuộn dây lệch pha nhau và tạo ra từ trường quay. Động cơ không đồng bộ một pha chỉ đạt được công suất nhỏ, nó chủ yếu được dùng trong các dụng cụ gia đình như quạt điện, máy hút bụi, máy bơm nước… 2.8.2.3. Điều khiển động cơ điện xoay chiều. - Điều khiển động cơ điện xoay chiều ba pha có sử dụng biến tần . - Động cơ điện xoay chiều có chổi than giống với động cơ điện một chiều. - Điều chỉnh các loại động cơ điện xoay chiều một pha bạn có thể dùng các bộ control panel của các hãng như OMROM, Mitshubishi…. * Ưu điểm : + Sử dụng được điện trực tiếp từ lưới, công suất động cơ lớn hơn. * Nhược điểm: + Chi phí cao. + Luôn chịu điện áp lớn đặt vào động cơ nên độ bền động cơ không cao 2.8.3. Động cơ bước. 2.8.3.1. Cấu tạo động cơ bước : Động cơ bước có thể coi là tổng hợp của hai loại động cơ: động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ Động cơ bước có thể được mô tả như một động cơ điện không đồng bộ chuyển mạch . Cụ thể , các mấu trong động cơ là stator và rotor là nam châm vĩnh cửu hoặc trong trường hợp của động cơ biến từ trở,nó là những khối răng làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính. Tất cả các mạch được điều khiển bên ngoài bởi bộ điều khiển, và đặc biệt, các động cơ và bộ điều khiển được thiết kế để động cơ có thể giữ nguyên vị trí cố định nào cũng như quay đến bất kì vị trí nào. Hầu hết các động cơ bước có thể chuyển động ở tần số âm thanh, cho phép chúng quay khá nhanh, và một bộ điều khiển thích hợp, chúng có thể khởi độngvà dùng lại dễ dàng ở các vị trí bất kì. 2.8.3.2. Phân loại nguyên lý hoạt động động cơ bước . a. Phân loại : Động cơ bước được chia làm hai loại: Nam châm vĩnh cửu và biến từ trở (ngoài ra còn có động cơ hỗn hợp, động cơ này không có gì khác biệt so vói động cơ nam châm vĩnh cửu). b. Nguyên lý hoạt động chung của động cơ bước. Động cơ bước thông thường Roto là nam châm vĩnh cửu trên đó có các cặp nam châm N- S định sẵn. Stato là cá cuộn dây. Khi cuộn dây được cấp điên theo định luật cảm ứng điện từ, roto sẽ quay tới điểm trung tính vật lý của từ trường và giữ cân bằng tại điểm đó. Do vậy khi phối hợp cấp điện cho cuộn dây một cách hợp lý, roto sẽ chuyển động theo chiều dịch chuyển của từ trường tạo nên chuyển động quay của động cơ. Tốc độ quay của động cơ phụ thuộc vào tốc độ quay của từ trường 2.8.3.3. Các chế độ hoạt động khi điều khiển động cơ bước. Thông thường động cơ bước hoạt động ở hai chế độ cơ bản: - Chế độ cả bước (Fullstep) - Chế độ nửa bước (Halstep) Hai chế độ trên rất hay gặp trong thực tế và chúng cũng có các ưu nhược điểm nhất định. Sau đây là phần trình bày chi tiết hai chế độ đã nêu. Chế độ cả bước (Fullstep): Nguyên tắc hoạt động của động cơ ở chế độ cả bước : Các bước quay của động cơ được thực hiện bằng cách đóng mở đồng thời cùng lúc các cuộn dây một cách hợp lý tạo nên từ trường quay trong động cơ. Chế độ nửa bước (Halfstep): Nguyên tắc hoạt động của động cơ ở chế độ nửa bước: Bước quay của động cơ được thực hiện bằng cách xen kẽ cấp điện cho một cuộn dây với việc cấp điện đồng thời cho các cuộn dây tương ứng. Vì vậy mà bước quay của động cơ giảm đi một nửa. Hay nói cách khác chế độ hoạt động nửa bước là mở rộng của chế độ hoạt động cả bước. Ưu nhược điểm của hai chế độ trên: Cùng với một tần số clock thì động cơ hoạt động ở chế độ Fullstep chạy nhanh hơn ở chế độ nửa bước sẽ có momen khỏe hơn chế độ hoạt động cả bước . Trong vùng tốc độ cao điều này là ngược lại. Điềunày được giải thích do quán tính của động cơ. Ở cùng một tốc độ ( trong vùng tốc độ thấp ) nếu dòng điện qua động cơ không đổi thì tức là mỗi cuộn dây trong chế độ nửa bước sẽ chịu dòng lớn hơn và mỗi bước của động cơ chỉ bằng một nửa so với chế độ (cả bước) nên mômen động cơ sẽ khỏe hơn. Khi hoạt động trong vùng tốc độ cao thì thực chất là cùng tốc độ trên trục động cơ ở chế độ nửa bước các cuộn dây phải đóng mở nhanh gấp hai lần so với chế độ cả bước các cuộn dây phải đóng mở nhanh gấp hai lần với chê độ cả bước và do tính chất điện cảm của cuộn dây tốc độ qua nhanh sẽ làm cho dòng điện không kịp biến thiên ( không tăng kịp) điều này làm giảm mạnh momen trên trục động cơ. Động cơ bước nguồn đơn cực: Hình 2.31. Động cơ bước nguồn đơn cực Đây là loại động cơ phổ biến thường gặp trong thực tế do tính chất đơn giản của động cơ về nguồn cấp cũng như phương pháp điều khiển và đo đạc thông số của động cơ, đọng cơ thường được sử dụng trong sản xuất điều khiển chính xác. Động cơ bước nguồn lưỡng cực: Hình 2.32. Động cơ bước nguồn lưỡng cực Động cơ gồm hai cuộn dây độc lập do đó để điều khiển hoạt động như động cơ nguồn đơn cực thì ta phải đảo chiều từ trường bằng cách đảo chiều dòng điện dòng điện cấp vào động cơ. Có hai cách để thực hiện việc trên. Sử dụng nguồn có V+ và V- sau đó đóng cắt một cách hợp lý để tạo ra từ trường quay. Chính vì lý do này mà ta gọi động là động cơ nguồn lưỡng cực. Sử dụng mạch cầu H- B và chỉ sử dụng nguồn đơn cực. Phương pháp này hay gặp trong thực tế do nguồn đơn cực phổ biến hơn. Sau khi phân tích ưu nhược điểm của các loại động cơ điện trên, ta nên chọn loại động cơ một chiều cho mô hình vì nó có sử dụng điện áp một chiều, công suất nhỏ, kích thước nhỏ gọn phù hợp với mô hình, dễ dàng điều chỉnh tốc độ và đảo chiều quay. Ở đồ án này đối tượng nghiên cứu là động cơ điện một chiều có chổi than kích từ bằng nam châm vĩnh cửu. Động cơ nam châm vĩnh cửu có công suất từ vài chục đến vài trăm Oát được dùng trong truyền động công suất nhỏ trong ôtô, máy bay và trong các hệ tự động khác. Các động cơ thường dùng ở chế độ nhắn hạn hoặc ngắn hạn lặp lại, cho phép mở máy và đảo chiều quay không có biến trở trong mạch phần ứng. Tốc độ quay của động cơ được điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp phần ứng cũng như sử dụng điện áp xung để điều chỉnh tốc độ quay. Ưu điểm. So với máy có kích thích kiểu điện từ, máy điện mộ chiều nam châm vĩnh cửu có hiệu suất cao hơn, điều khiển, làm mát dễ dàng hơn, kiahcs thước lắp đặt, trọng lượng và giá thành nhỏ hơn, kích thích ổn định hơn vì từ truongf nam châm vĩnh cửu không phụ thuộc vào tốc độ quay. Nhược điểm. Tốc độ quay và điện áp phần ứng không điều chỉnh bằng cách thay đổi từ trường kích thích được. Khi công suất vượt quá vài chục Oát thì chúng không thể so sánh được với các máy có kích thích kiểu điện từ về mặt kích thước lắp đặt, trong lượng và giá thành. Vật liệu có trong thành phần các hợp kim làm nam châm rất hiếm, công nghệ từ hóa và chế tạo nam châm phức tạp hơn. Trong mô hình cửa tự động ta sử dụng động cơ điện một chiều kích từ nam châm vĩnh cửu vì: Với mô hình nhỏ thì chỉ cần một động cơ công suất nhỏ là đủ. Vì vậy sử dụng động cơ nam châm vĩnh cửu sẽ cho hiệu quả cao hơn. Động cơ nam châm vĩnh cửu với kích thước, trọng lượng nhỏ dễ dàng bố trí hơn. Động cơ nam châm vĩnh cửu có giá thành rẻ hơn và dễ kiếm trên thị trường. CHƯƠNG 3 TÌM HIỂU THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3.1. THIẾT KẾ MÔ HÌNH. 3.1.1 Mục đích và yêu cầu của mô hình. 3.1.1.1. Mục đích của việc nghiên cứa thiết kế mô hình. - Tạo ra một mô hình cửa tự động có thể hoạt động tốt, từ đó có thể thiết kế được cửa tự động trong thực tế. - Việc nghiên cứu ra mô hình hoạt động tốt sẽ tạo điều kiện cho sinh viên có cơ hội học tập và nghiên cứu môn học một cách thực tế. - Nghiên cứu chế tạo ra mô hình cửa tự động này sinh viên cũng phải tham khảo thực tế nhiều lĩnh vực và tham khảo bằng nhiều tài liệu khác nhau. Điều đó mang lại sự hiểu biết sâu sắc hơn cho sinh viên không chỉ trong lĩnh vực tự động hóa mà còn nhiều lĩnh vực , ngành nghề khác như điện, điện tử cơ khí…. 3.1.1.2. Các yêu cầu của mô hình . * Yêu cầu về chương trình chung. - Phải đáp ứng về chương trình chung. - Chương trình điều khiển cửa cần đảm bảo điều khiển cửa đóng mở một cách thông minh theo đúng yêu cầu công nghệ. - Dùng kỹ thuật PLC để điều khiển chương trình hoạt động của cửa. * Yêu cầu về cơ khí. - Mô hình là phải giống với cửa thật cả về hình thức và chất lượng hoạt động càng tốt, phải chắc chắn và gọn gàng. Do đó, việc thiết kế kết cấu cơ khí cho mô hình cũng phải đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật như đối với cửa thật: Khung cửa, cánh trượt, xích, bánh răng, trục quay….. - Ngoài ra, còn có các kết cấu phụ đề tạo ra mô hình cửa tự động thật hoàn chỉnh như cửa thật. - Hệ thống cơ hoạt động tốt. - Hệ thống điện tốt, hoạt động đúng theo thiết kế. 3.2. LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG.