Báo cáo Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo valy thí nghiệm truyền động điện cơ bản - Th.S Đặng Quang Khoa (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo valy thí nghiệm truyền động điện cơ bản - Th.S Đặng Quang Khoa (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ÐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ÐIỂM NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VALY THÍ NGHIỆM TRUYỀN ÐỘNG ÐIỆN CƠ BẢN Mã số : T2014-92 Chủ nhiệm đề tài: GV. ÐẶNG QUANG KHOA S K C0 0 5 5 3 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VALY THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CƠ BẢN Mã số : T2014-92 Chủ nhiệm đề tài : GV. ĐẶNG QUANG KHOA TP. HCM, Tháng 11 / Năm 2014
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VALY THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CƠ BẢN Mã số : T2014-92 Chủ nhiệm đề tài : ĐẶNG QUANG KHOA TP. HCM, Tháng 11 / Năm 2014
4. T2014-92 Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài : 1. Chủ trì đề tài : Th.S Đặng Quang Khoa Đơn vị phối hợp chính : Khoa Cơ Khí Máy – Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Trang 1
5. T2014-92 MỤC LỤC Phần I : Mở đầu 5 Phần II : Nội dung Chương 1 : Giới thiệu 1 số khí cụ điện 7 Chương 2 : Một số mạch điều khiển cơ bản 20 Chương 3 : Thiết kế, chế tạo valy thí nghiệm 26 Chương 4 : Kết luận và kiến nghị 38 Tài liệu tham khảo 39 Trang 2
6. T2014-92 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ MÁY Tp. HCM, Ngày 8 tháng 11 năm 2014 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung : - Tên đề tài : “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VALY THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CƠ BẢN”. - Mã số : T2014-92; - Chủ nhiệm : Đặng Quang Khoa - Cơ quan chủ trì : Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM - Thời gian thực hiện : 8 tháng. 2. Mục tiêu : - Thiết kế, chế tạo valy thí nghiệm. 3. Kết quả nghiên cứu: - Valy thí nghiệm Truyền động điện. 4. Sản phẩm: - Valy thí nghiệm Truyền động điện. 5. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: - Phòng TN Trang bị điện - điện tử, Bộ môn Công nghệ chế tạo máy, Khoa Cơ Khí Máy, trƣờng Đại học SPKT Tp.HCM. Trƣởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) (ký, họ và tên) Trang 3
7. T2014-92 INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: - Project title : RESEARCH, DESIGN, MANUFACTURE LABORATORY ELECTRIC EQUIPMENT SUITCASE. - Code number : T2014 – 93 ; - Coordinator : Dang Quang Khoa - Implementing institution : University of Technical Education HCMC. - Duration : from 3/2014 to 11/2014 2. Objective(s) : - Design, fabrication experiments suitcase. 3. Creativeness and innovativeness : 4. Research results : - The Laboratory Electric Equipment Suitcase. 5. Products : - The Laboratory Electric Equipment Suitcase. 6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability : - Laboratory electrical equipment - Machinery Manufacturing Technology Department - Faculty of Machine Engineering - University of Technology and Education HCMC. Trang 4
8. T2014-92 PHẦN I : MỞ ĐẦU I. Tổng quan tình hình nghiên cứu 1. Ngoài nƣớc : Hiện nay, nền công nghiệp trên thế giới ứng dụng tự động hóa hoàn toàn trong các dây chuyền chế biến, sán xuất. Các nền giáo dục tiên tiến trên thế giới đã liên tục cho ra đời các modul mô phỏng tự động hóa phục vụ công tác giảng dạy, nghiên cứu, có tính trực quan, tƣơng tác và thân thiện với ngƣời sử dụng. Do đó, sinh viên không mất quá nhiều thời gian có mặt trên lớp hoặc tại phòng thí nghiệm, xƣởng thực hành mà vẫn có thể nắm bắt cặn kẻ về truyền động điện. 2. Trong nƣớc : Ngành giáo dục của nƣớc ta hiện nay vẫn đang đƣợc Nhà Nƣớc chú trọng đầu tƣ nhằm nâng cao chất lƣợng đào tạo, đáp ứng những thay đồi và nhu cầu của xã hội. Cụ thể, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM đã áp dụng CDIO vào chƣơng trình đào tạo. Tuy nhiên, CDIO đòi hỏi sinh viên phải tự học, cụ thể 1 tiết trên lớp thì 4 tiết tự học. Vấn đề khó khăn khi áp dụng CDIO là sinh viên nếu tự học gần nhƣ chỉ có thể tự học các môn học lý thuyết. Còn những môn học chuyên ngành, mang tính thực tế, trải nghiệm thực tiễn thì cần phải có thêm nhiều thiết bị mô phỏng, thực nghiệm, đủ đáp ứng. Hiện nay, quá trình thí nghiệm môn Trang Bị Điện – Điện tử có một số hạn chế nhƣ sau : - Sinh viên vẫn chƣa nắm vững kiến thức về khí cụ điện (do tự học) - Hiệu quả giảng dạy thấp. II. Tính cấp thiết của đề tài : Là phƣơng tiện phục vụ giảng dạy cho môn học Trang bị điện – điện tử trong máy công nghiệp - phòng Thí nghiệm Trang bị điện – điện tử, Khoa Cơ Khí Máy nhằm giải quyết khó khăn, cụ thể là nhu cầu tự học của sinh viên ngành CTM - Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM với môn Trang Bị Điện – Điện tử trong Máy Công Nghiệp. III. Mục tiêu đề tài : - Valy thí nghiệm Truyền động điện. Trang 5
9. T2014-92 IV. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu : - Đối tƣợng nghiên cứu : các loại khí cụ điện thông dụng V. Cách tiếp cận - Phƣơng pháp nghiên cứu : - Tham khảo tài liệu trong và ngoài nƣớc liên quan đến khí cụ điện. - Tham khảo một số modul thí nghiệm. VI. Nội dung nghiên cứu : - Tìm hiểu tính năng và cấu tạo của các loại khí cụ điện - Khảo sát và thiết kế valy. - Chế tạo valy thí nghiệm Trang 6
10. T2014-92 PHẦN II : NỘI DUNG CHƢƠNG I : GIỚI THIỆU MỘT SỐ KHÍ CỤ ĐIỆN 2.2.1 CÁC PHẦN TỬ BẢO VỆ 1. Cầu chì a. Khái niệm và ký hiệu Ký hiệu trong mạch điện : Cầu chì là phần tử d ng để bảo vệ cho thiết bị điện tránh khỏi sự cố ngắn mạch ( còn gọi là đoản mạch, chập mạch). Cầu chì hoạt động dựa trên nguyên lý nóng chảy nhờ tác động nhiệt Bộ phận cơ bản của cầu chì là dây chảy. Dây chảy thƣờng làm bằng các chất có nhiệt độ nóng chảy thấp. Với mạch có cƣờng độ dòng điện lớn, dây chảy có thể làm bằng chất có nhiệt độ nóng chảy cao nhƣng thiết diện nhỏ thích hợp. Do vậy, dây chảy thƣờng là dây chì thiết diện tròn hoặc bằng các lá chì, k m, hợp kim chì-thiết, nhôm hay đồng đƣợc dập, cắt theo các hình dạng nhƣ trên hình 1 Hình 1 Dây chảy đƣợc k p chặt bằng vít vào đế cầu chì. Cầu chì thƣờng có nắp cách điện để tránh hồ quang bắn tung tóe ra xung quanh khi dây chảy đứt. Để cầu chì bảo vệ đƣợc đối tƣợng cần bảo vệ với một dòng điện nào đó trong mạch, dây chảy phải chảy đứt trƣớc khi đối tƣợng bị phá hu . Trị số dòng điện mà dây chảy bị chảy đứt đƣợc gọi là dòng điện giới hạn. R ràng cần có dòng giới hạn lớn hơn dòng định mức ( Igh >Iđm) để dây chảy không bị đứt khi làm việc với dòng định mức. Trang 7
11. T2014-92 Thông thƣờng, đối với dây chảy chì thì : Dây chảy hợp kim chì thiếc : Dây chảy đồng: b. Nguyên lý tác động cắt mạch Các cầu chì sử dụng trong kỹ thuật có nhiều dạng, kiểu khác nhau nhƣng nguyên lý làm việc hoàn toàn giống nhau : Cầu chì tác động theo nguyên tắc dựa vào hiệu ứng nhiệt của dòng điện. Khi thiết bị điện hoặc mạng điện phía sau cầu chì bị ngắn mạch hoặc quá tải lớn, dòng điện chạy qua dây chảy cầu chì s lớn hơn dòng điện định mức làm cho dây chảy bị đốt nóng chảy, do đó dây chảy bị đứt, cho nên phần lƣới điện bị ngắn mạch bị tách ra khỏi hệ thống. Hình 2 là cầu chì loại nắp xoáy thƣờng lắp ở các tụ điện. Ống sứ 1 có dây chảy 2 đƣợc hàn 2 đầu vào 2 nắp kim loại 3. Trong ống chứa đầy cát thạch anh 11 để chống hồ quang khi dây chảy chảy đứt. Ống 1 đƣợc nắp xoáy 4 p vào đế 5. Một đầu dây chảy s tì vào tiếp điểm 6, thông diện ra vít bắt dây 7, đầu kia tì vào tiếp điểm 8, thông điện ra vít bắt dây 9 qua ren xoáy kim loại. Dây chảy thƣờng đƣợc chế tạo s n với các dòng định mức: 3,6,10,15,20,25,30,40,60,100A . Nắp xoáy 4 có miến mica 10 trong suốt để quan sát dây chảy có bị n đứt hay không vì khi đó cát t ống 1 bắn vào. Trang 8
12. T2014-92 Hình c. Một số hình ảnh cầu chì Các loại cầu chì Cầu chì tự rơi Trang 9
13. T2014-92 2. Relay nhiệt a. Khái niệm Relay nhiệt là khí cụ d ng để bảo vệ các thiết bị điện (động cơ) khỏi bị quá tải.Rờle nhiệt có dòng điện làm việc tới vài trăm ampe, điện áp một chiều tới 440V và điện áp xoay chiều tới 500V, tần số 50Hz. b. Nguyên tắc hoạt động Hình sau trình bày nguyên lý cấu tạo của một rơle nhiệt. Mạch động lực cần bảo vệ quá tải đƣợc mắc nối tiếp với phần tử đốt nóng 1(hình a). Thanh lƣ ng kim 2 bị nung nóng s cong lên. Nếu trong phạm vi nhiệt độ cho ph p ứng với dòng phụ tải nào đó thì đòn xoay 3 vẫn tì đầu trên vào thanh lƣ ng kim và mạch điều khiển làm việc bình thƣờng. Nếu phụ tải( động cơ) bị quá tải, sau một thời gian bị nung nóng cao hơn, thanh lƣ ng kim 2 s cong lên nữa và rời khỏi đầu trên của đòn xoay 3. Lò xo 6 s k o đòn xoay 3 ngƣợc chiều kim đồng hồ. Đầu dƣới đòn xoay 3 s quay sang phải và k o theo thanh k o cách điện 7. Tiếp điểm thƣờng đóng ( NC ) 4 mở ra, cắt mạch điều khiển và t đó mạch động lực bị cắt ( hình b). Trang 10
14. T2014-92 c. Một số hình ảnh relay nhiệt 2.2.2 CÁC PHẦN TỬ ĐÓNG CẮT CÓ TIẾP ĐIỂM 1. Công tắc a. Ký hiệu và khái niệm Ký hiệu trong mạch điện : Công tắc là khí cụ đóng-cắt mạch điện hạ áp bằng tay hoặc tác động cơ khí. Công tắc có loại hở, loại kín, có loại d ng để đóng-cắt trực tiếp mạch chiếu sáng hay mạch động lực công suất nhỏ, có loại chỉ d ng trong mạch điều khiển. Trang 11
15. T2014-92 b. Nguyên lý hoạt động. Công tắc rất đa dạng về kiểu, loại nhƣng có c ng nguyên lý là đều có các tiếp điểm động và tiếp điểm t nh. Mạch điện đƣợc nối thông khi tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm t nh. Lúc này điện trở ở công tắc rất nhỏ( 0). Tiếp xúc càng tốt, điện trở càng nhỏ. Mạch điện bị cắt khi hai tiếp điểm rời xa nhau. Điện trở ở công tắc lúc này rất lớn ( ) và chính là điện trở không khí giữa 2 tiếp điểm. Hai tiếp điểm càng xa nhau , điện trở càng lớn. Số tiếp điểm của các loại công tắc c ng khác nhau tu theo mục đích sữ dụng. Việc đóng, ngắt các tiếp điểm c ng có thể theo các nguyên tắc cơ khí khác nhau: có loại d ng lẫy, có loại d ng lò xo c. Công tắc hành trình. Công tắc hành trình đƣợc lắp đặt tại một vị trí trên hành trình nào đó trong một hệ TĐĐ để đóng, cắt mạch điều khiển. Nó đƣợc d ng để điều khiển TĐĐ theo vị trí hoặc để bảo vệ, đảm bảo an toàn cho một chuyển động ở cuối hành trình. Trang 12
16. T2014-92 d. Một số hình ảnh về công tắc Các loại công tắc hành trình Các loại công tắc thƣờng Trang 13
17. T2014-92 2. Nút nhấn a. Ký hiệu và khái niệm Ký hiệu : a. Nút nhấn b. Nút nhấn c. Nút nhấn thƣờng mở thƣờng đóng k p Khái niệm: - Nút nhấn (hay nút bấm, nút điều khiển) d ng để đóng - cắt mạch lƣới điện hạ áp. - Nút ấn thƣờng đƣợc d ng để điều khiển các rờle, công tắc tơ, chuyển đ i mạch tín hiệu, bảo vệ . . . Ph biến nhất là d ng nút ấn trong mạch điều khiển động cơ để mở máy, d ng và đảo chiều quay. - Nút ấn có kiểu hở và kiểu kín để chống bụi, nƣớc, phòng n . . . và có loại có cả đ n báo để báo trạng thái của nút ấn . b. Phân loại 1 1 2 2 3 3 Hình a Hình b Hình c Hình a là nút ấn thƣờng mở. Khi nút bị ấn thì mạch thông. Khi thôi ấn, lò xo đ y nút lên và mạch bị cắt. Hình b là nút ấn thƣờng đóng. Nó chỉ cắt mạch khi bi ấn. Hình c là nút ấn kết hợp cả thƣờng mở và thƣờng đóng (nút ấn k p). Trang 14
18. T2014-92 c. Một số hình ảnh nút nhấn Nút dừng khẩn cấp Nút nhấn thƣờng 3. Contactor a. Ký hiệu và khái niệm Ký hiệu: Khái niệm: Công tắc tơ là khí cụ điều khiển t xa d ng để đóng-cắt các mạch động lực ở lƣới điện hạ áp và dòng điện tới vài trăm, vài nghìn ampe.Công tắc tơ có loại một chiều và có loại xoay chiều. b. Cấu tạo Phần chính của một công tắc tơ là cuộn nam châm điện K (Coil) (hình v ) và hệ thống các tiếp điểm. Khi cuộn K không có điện, lò xo L đ y cần C mở các tiếp điểm động lực (tiếp điểm chính) a, b, c và tiếp điểm điều khiển 1 (tiếp điểm phụ), đồng thời Trang 15
19. T2014-92 đóng tiếp điểm điều khiển 2. Các tiếp điểm 1, a, b, c là các tiếp điểm thƣờng mở (hở khi K không có điện)-NO, tiếp điểm 2 là tiếp điểm thƣờng đóng ( kín khi K không có điện)-NC. Khi cấp điện cho cuộn K, l i e bị hút , n n lò xo L và cần C s đóng các tiếp điểm 1, a, b, c và mở tiếp điểm 2. T y theo mục đích sử dụng mà các tiếp điểm đƣợc nối vào mạch động lực hay mạch điều khiển một cách thích hợp. c. Các yêu cầu kỹ thuật - Điện áp định mức: Là điện áp của mạch điện tƣơng ứng mà tiếp điểm chính phải đóng/cắt, có các cấp 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều. Cuộn hút có thề làm việc bình thƣờng ở điện áp trong giới hạn t 85% đến 105% Uđm. - Dòng điện định mức Iđm: Là dòng điện đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc gián đoạn-lâu dài, ngh a là ở chế độ này thời gian công tắc tơ ở trạng thái đóng không quá 8 giờ. Công tắc tơ hạ áp có các cấp dòng thông dụng : 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300, 600 (A). Nếu đặt công tắc tơ trong tủ điện thì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% vì làm mát k m, khi làm việc dài hạn thì chọn dòng điện định mức nhỏ hơn nữa. - Khả năng cắt và khả năng đóng: Là dòng điện cho ph p đi qua tiếp điểm chính khi cắt và khi đóng mạch. Ví dụ : công tắc tơ xoay chiều d ng để điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc cần có khả năng đóng yêu cầu dòng điện bằng 3÷7 lần Iđm. Khả năng cắt với công tắc tơ xoay chiều phải đạt bội số khoảng 10 lần dòng điện định mức khi tải cảm. Trang 16
20. T2014-92 - Tần số thao tác: Số lần đóng cắt trong một giờ bị hạn chế bởi sự phát nóng của tiếp điểm chính do hồ quang. Có các cấp : 30, 100, 120, 150, 300, 600, 1.200 đến 1.500 lần trên một giờ, t y chế độ công tác cuả máy sản xuất mà chọn công tắc tơ có tần số thao tác khác nhau. - Tính n định lực điện động: Cho ph p dòng lớn nhất qua tiếp điểm chính mà lực điện động gây ra không làm tách rời tiếp điểm. Quy định dòng thử lực điện động gấp 10 lần dòng định mức. - Tính n định nhiệt: Công tắc tơ có tính n định nhiệt tức là khi có dòng ngắn mạch chạy qua trong khoảng thời gian cho ph p thì các yiếp điểm không bị nóng chảy hoặc bị hàn dính. Trang 17
21. T2014-92 d. Một số hình ảnh về contactor Mô phỏng hoạt động đóng cắt của contactor Contactor thực tế Trang 18
22. S K L 0 0 2 1 5 4