thiết kế mô hình cửa đóng mở tự động với kỹ thuật plc

Lời cam kết
Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: Thiết kế mô hình cửa đóng mở
tự động với kỹ thuật PLC do em tự thiết kế dới sự hớng dẫn hết sức tận tình
của thầy giáo Hà Tất Thắng.
Tài liệu tham khảo là nhng giáo trình mà em đã đợc học xong suốt 5 năm
học vừa qua, hoàn toàn không có sự sao chép của các đồ án nào khác.
Ngoài ra em có tham khảo thêm tài liệu của bộ môn và một số hình ảnh tải
từ internet về.
Em xin chân thành cảm ơn bộ môn đã tạo điều kiện cho em có một môi tr-
ờng học tập và nghiên cứu tốt. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Hà Tất
Thắng đã chỉ dẫn hết sức tận tình cho em hoàn thành tốt đề tài này.
Sinh viên
Phan Hữu Huân

Mục lục

Chơng 1 : tổng quan về cửa tự động 4
1.1. Giới thiệu chung 4
1.2. Các loại cửa tự động hiện nay 5
1.3. Khảo sát các loại cửa đóng mở tự động ở Hà Nội hiện nay 7
Chơng 2: Các Yêu cầu về thiết bị điện và tự động hóa 9
2.1. Sự phát triển của TĐH 34
Chơng 3: Nghiên cứu ứng dụng PLC 36
Bộ môn tự động hóa
3.1. Các vấn đề chính về PLC 36
3.1.1. Sự phát triển của tự động hoá(TĐH) và PLc nói chung 36
II3.2 c Chức năng, ứng dụng của PLC 38
I3.2.1. Định nghĩa 38
3.2.2.II. Các khả năng của PLC 39
40

Hình 3.1: Sơ đồ điều khiển tổng thể 40
III3.3./ Các điểm chính khi sử dụng PLC 40
3.3.1. Đầu vào: 40
3.3.2. Đầu ra: 41
3.3.3. Sơ đồ lắp ráp PLC: 42
3.3.4. Tổ chức bộ nhớ trong PLC: 43
3.3.5. Các vùng dữ liệu: 44
Iv/ 3.4. Các bớc lập trình cho PLC 44
3.5.V/ C Các lệnh cơ bản của PLC (PLC OMRON): 45
IV3.6 Các vấn đề chính cần biết khi sử dụng plc PLC 45
3.7.V- Thủ tụcThao tác thiết kế bộ điều khiển chơng trình 46
Chơng IIIC3.8. Các bài tập lớn ứng dụng bộ điều khiển chơng trình plc_cqm1
47
Mục lục 2
Phần 1 : các loại cửa tự động nói chung 4
I-Lời nói đầu 4
Chơng I : các loại cửa tự động hiện nay 5
I-Cửa cuốn 5
II- cửa kéo 6
III- cửa trợt 7
Chơng II : khảo sát các loại cửa đóng mở tự động ở hà nội hiện nay 8


Khảo sát hệ thống cửa đóng mở tự động ở sân bay nội bài hà nội 9
Phần 2 : tổng quan về PLC 10
Chơng I : các vấn đề chính về PLC 10
I-s phát triển của tự động hoá(TĐH) và PLC nói chung 10
1- sự phát triển của TĐH 10
2- sự phát triển của PLC 10
II- chức năng, ứng dụng và sự u việt của PLC 12

1- PLC là gì 12
2- bộ điều khiển của chơng trình có thể làm đợc những gì? 12
3- sự u việt của việc ứng dụng kỹ thuật PLC 13
III- cấu tạo và hoạt động của PLC 14
1- modul nguồn cung cấp 14
2- CPU 15
3- bộ nhớ chơng trình, bộ nhớ trong của PLC 15
4- modul đầu vào 15
5- modul đầu ra 16
6- modul giao diện 16
2
Bộ môn tự động hóa
7- modul mở rộng 16
8- những thông số kỹ thuật căn bản của PLC 16
9- các bít đầu vào trong PLC và các tín hiệu bên ngoài 17
IV- các vấn đề chính khi sử dụng PLC 18
V- thủ tục thiết kế bộ điêu khiển chơng trình 19
Chơng II : các thao tác và các lệnh cơ bản trong PLC_CQM1 20
Chơng III : các bài tập lớn ứng dụng bộ điều khiển chơng trình 38
PLC_CQM1
Bài 1 : điều khiển tín hiệu đèn giao thông 38
Bài 2 : điều khiển dây truyền đóng gói 43
Phần 3 : thiết kế mô hình cửa tự động cho gara ôtô sử dụng kỹ thuật PLC để
điều khiển 46


lời nói đầu 46
Chơng I : chế tạo giới thiệu mô hình 47
I- các yêu câu của mô hình 47
1- yêu cầu về chơng trình chung 47

2- yêu cầu về cơ khí 47
II- mục đích của việc chế tạo mô hình 47
Chơng II : cấu tạo và hoạt động của mô hình 48
I - tính toán chi tiết mô hình 48
II - lập chơng trình hoạt động cho mô hình 59
1- sơ đồ khối 59
2-giản đồ thang 60
3- mã nhớ 61
4- đầu vào và ra 63
III - nguyên lý hoạt động của mô hình 64
IV- tính toán công suất động cơ chuyển động 65
V - so sánh giữa mô hình và thc tế 66

Kết luận 67
3
Bộ môn tự động hóa
Chơng 1 : tổng quan về cửa tự động
1.1. Giới thiệu chung
Trong xã hội văn minh hiện đại, cửa là một bộ phận không thể thiếu đợc
trong từng công trình kiến trúc. Tuy nhiên loại cửa bình thờng (cửa không tự
động) mà chúng ta hay dùng hiện nay lại có những nhợc điểm gây phiền toái cho
ngời sử dụng, đó là: cửa thờng chỉ đóng mở dợc khi có tác động của con ngời
vào nó. Vì vậy mà dùng cửa thờng làm tốn thời gian và gây cảm giác ngại cho
ngời sử dụng.
Việc thiết kế ra một loại cửa tiện ích hơn, đa năng hơn, phục vụ tốt hơn
cho đời sống con ngời trong thời điểm xã hội ngày càng hiện đại và phát triển
hiện nay là tất yếu và vô cùng cần thiết. Vì vậy cần thiết kế ra một loại cửa tự
động khắc phục tốt những nhợc điểm của cửa thờng.
Mục đích của việc thiết kế cửa tự động là để tạo ra đợc một loại cửa vừa
duy trì đợc những đặc tính cần có của cửa, vừa khắc phục những nhợc điểm lớn

của loại cửa bình thờng .
Do đó, khi sử dụng cửa tự động, ngời dùng hoàn toàn không phải tác dụng
trực tiếp lên cánh cửa mà cửa vẫn tự động đóng mở theo ý muốn của mình. Với
tính năng này, cửa tự động mang lại những thuận lợi lớn cho ngời sử dụng:
Thứ nhất, cửa tự động rõ ràng sẽ đem lại cảm giác thoải mái cho ngời
dùng, loại bỏ hoàn toàn cảm giác ngại, khó chịu nh khi dùng cửa thờng.
Thứ hai, nếu ngời dùng cửa đang bê vác vật gì đó (bằng cả hai tay ) thì cửa
tự động không những chỉ tạo cảm giác thoải mái mà thực sự đã giúp ngời dùng,
tạo thuận lợi cho ngời hoàn thành công việc mà không bị cản trở.
Thứ ba, sử dụng cửa tự động sẽ giúp ngời dùng nó đỡ tốn thời gian để
đóng mở cửa tức là tiết kiệm cho họ một khoảng tời gian dù là rất nhỏ nhng
cũng có thể rất cần thiết trong nhịp sống công nghiệp hiện đại ngày nay.
Đặc biệt, ở những nơi công cộng, công sở, cửa tự động ngày càng phát huy
u điểm. Đó là vì cửa tự động sẽ giúp cho lu thông qua cửa nhanh chóng dễ dàng,
cũng nh sẽ giảm đi những va chạm khi nhiều ngời cùng sử dụng chung một cánh
cửa.
Thêm vào đó, hiện nay hệ thống máy lạnh dợc sử dụng khá rộng rãi ở
những nơi công sở, công cộng. Nếu ta dùng loại cửa bình thờng thì phải đảm bảo
cửa luôn đóng khi không co ngời qua lại để tránh thất thoát hơi lạnh ra ngoài gây
lãng phí. Thế nhng điều này trong thực tế lại rất khó thực hiện vì ý thức của mỗi
ngời ở nơi công cộng là rất khác nhau. Do đó, cửa tự động, với tính chất là luôn
đóng khi không có ngời qua lại đã đáp ứng đợc tốt yêu cầu này.
Chính vì những u điểm nổi bật của cửa tự động mà chúng ta càng phải
phát triển ứng dụng nó rộng rãi hơn, đồng thời nghiên cứu để cải tiến và nâng
cao chất lợng hoạt đ động của cửa tự động để nó ngày càng hiện đại hơn, tiện ích
hơn.
Để nghiên cứu một cách chính xác và cụ thể về cửa tự động, cần thiết phải
chế tạo ra mô hình cửa đóng mở tự động, mô tả hoạt đọng, hình dáng, cấu tạo
4
Bộ môn tự động hóa

của cửa tự động. Từ mô hình này t có thể quan sát và tìm hiểu hoạt động của
cửa tự động, cũng nh có thể lờng trớc những khói khăn có thể gặp phải khi chế
tạo cửa tự động trên thực tế. Cũng từ mô hình có thể thấy đợc u nhợc điểm của
thiết kế mà từ đó khắc phục những hạn chế, phát huy thế mạnh thiết kế cánh
cửa u việt hơn, hoàn thiện hơn cho con ngời.
1.2. Các loại cửa tự động hiện nay
Hiện nay có nhiều loại cửa tự động : cửa kéo,cửa đẩy, cửa cuốn, cửa trợt


Hình 1.1: Một số loại cửa Cuốn
Loại cửa này có u điểm là gọn nhẹ tiện dụng và dễ sử dụng, lại chỉ cần
động cơ công suất nhỏ. Loại cửa này thờng đợc dùng cho gara ô tô. Nó có tính
kinh tế khá cao vì không mấy khó khăn khi làm đợc loại cửa này.
Nhng có nhợc điểm là cửa không chắc chắn và dễ bị hỏng hơn các loại cửa khác

Hình 1.2: Một số loại cửa kéo
5
Bộ môn tự động hóa
Loại cửa này nhìn rất lạ, với kết cấu đơn giản một động cơ đợc gắn cố
định với trần nhà. Cửa đợc động cơ kéo bằng một đoạn dây. Ưu điểm của loại
này là đơn giản nhng hiệu quả, so với loại cửa cuốn thì cánh cửa chắc hơn nhiều.
Có lẽ nhợc điểm của loại cửa này là động cơ gắn với trần nhà vì vậy cần phải gắn
đủ chắc để chịu đợc sức nặng của cửa.

Hình 1.3: Một số loại cửa trợt
Loại cửa này có đặc điểm là có một rãnh trợt cố định cho phép cánh cửa
thể trợt qua trợt lại. Loại cửa này thờng đợc sử dụng trong nhà hàng, khách sạn,
cơ quan hay sân bay, nhà ga
Loại cửa này có u điểm là kết cấu khá nhẹ nhàng,tạo ra một cảm giác
thoáng đạt và thoải mái và lịch sự rất thích hợp với nhng nơi công cộng, cơ

quan

Loại cửa này thiết kế rất toàn vẹn, nó có thể nhận biết đợc ngời, máy móc
cũng nh loài vật có thể đi qua
6
Bộ môn tự động hóa
Nhợc điểm của loại cửa này là không hề chắc chắn , nhẹ nhàng nhng không có
nghĩa là gọn gàng mà ngợc lại có khi lại rất cồng kềnh
Có một điều không thể phủ nhận đó là tính phổ biến của loại cửa này.
1.3. Khảo sát các loại cửa đóng mở tự động ở Hà Nội hiện nay
Thông qua việc quan sát, tìm hiểu về cửa tự động ở một số địa điểm trên
Hà Nội hiện nay, ta nhận thấy cửa tự động đợc sử dụng chủ yếu ở những nơi giao
dịch thơng mại, những công sở lớn, ở sân bay, ngân hàng và các khách sạn lớn.
Sở dĩ nh vậy là do những nơi này có lợng ngời qua lại lớn, đồng thời những nơi
này lại yêu cầu có tính hiện đại, sang trọng và tiện dụng. Sử dụng cửa tự động tại
những nơi này sẽ phát huy đợc tất cả những u điểm của nó.
Tuy nhiên cửa tự động cũng có rất nhiều loại tuỳ theo yêu cầu về mục đích
sử dụng nh trọng lợng cửa, chiều cao hay phần mạch điều khiển cửa.
Theo trọng lợng cửa thì có các loại sau: loại 200 kg/hai cánh tại Cung văn
hoá hữu nghị Việt Xô,loại 180kg/2 cánh tại ngân hàng nông nghiệp và phát triển
nông thôn.Ngoài ra ngời ta còn chia ra làm hai loại theo số cánh cửa:Loại một
cánh và loại hai cánh.
+ Cửa tự động chỉ có 1 cánh: Loại cửa này chủ yếu đợc dùng trong 2 điều
kiện nh sau:
Một là, những nơi yêu cầu tính hiện đại, sang trọng nhng lại có số lợng
ngời đi qua lại không nhiều nh các khác sạn lớn, nhà nghỉ lớn, hay công sở mà
không có tính chất giao dịch
Hai là, những loại cổng có kích thớc lớn dùng ở các công ty, xí nghiệp hay
những ngôi nhà lớn
Ngoài ra còn có thể có loại cửa tự động mà chỉ có 1 cánh đóng mở tự động

còn lại 1 cánh là đóng mở nh loại bình thờng.
+ Cửa tự động có hai cánh: Loại cửa này đợc dùng rộng rãi hơn so với loại
cửa tự động 1 cánh.
Theo phần mạch điều khiển, hiện nay thì hầu hết những loại cửa tự động
mới đều dùng loại mạch phi tiếp điểm nh tại toà nhà 14 Láng Hạ,khách sạn
Horison.Ngoài ra tại sân bay Nội Bài do nhu cầu giao dịch và vận chuyển hiện
đại nên hệ thống cửa tự dộng ở đây dùng phần mềm lôgô để điều khiển.Để tìm
hiểu sâu hơn trong công nghệ này ta sẽ phân tích hệ thống cửa tự động ở sân bay
Nội Bài

Khảo sát cửa tự động ở sân bay Nội Bài- Hà Nội
Trớc cửa ra vào nơi bán vé và làm thủ tục bay của sân bay Nội Bài cả tầng
1 và tầng 2 mỗi tầng có 14 hệ thống cửa tự động .Tất cả các cửa này đều có kết
cấu cơ khí và hình dạng bên ngoài giống nhau. Đây là loại cửa trợt rất phổ biến
Cửa tự động tại đây sử dụng hệ thống cửa hai cánh trọng lợng mỗi cánh
khoảng 80 kg. Động cơ dùng trong cửa tự động tại đây là động cơ một chiều
điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp điều chỉnh điện áp.Hệ thống cửa tại đây
7
Bộ môn tự động hóa
không dùng hệ thống con lăn phụ mà thay vào đó là sử dụng hai gờ sắt cố định
xuống sàn .
Cuối hành trình mở có đặt một công tắc hành trình để bảo vệ tránh cho
cửa không chuyển động vợt quá hành trình.
Quan sát cửa chuyển động em thấy cửa chuyển động với hai cấp tốc độ.
Khi mở cửa cửa mở ra với vận tốc nhanh để kịp thời mở ra tránh tình trạng ngời
phải chờ đợi cửa mở gây cảm giác khó chịu cho ngời muốn đi vào, gần hết hành
trình mở cửa giảm tốc và dừng lại, khi cửa đóng cửa đóng với vận tốc chậm hơn
so với lúc mở để tránh gây cảm giác cho ngời muốn đi vao từ đằng xa.Gần hết
hành trình cửa giảm tốc và dừng lại chính xác.
Khi cửa đang đóng mà có tín hiêu ngời đi vào thì cửa sẽ mở ra với vận tốc

nhanh sau gần cuối hành trình thì giảm tốc và dừng lại chính xác ở cuối hành
trình.Cảm biến dùng ở đây là hai cảm biến quang:Một cảm biến đặt ở phía bên
ngoài, một cảm biến đặt ở phía bên trong của cánh cửa để đảm bảo nhận biết và
báo tín hiệu khi có ngời đi từ trong ra cũng nh khi có ngừơi đi từ ngoài vào.Hai
cảm biến này trên khung cánh cửa.
Phơng thức hoạt động của loại cửa này là dùng mạch điều khiển không
tiếp điểm dùng các phần tử lôgic thì có điểm là rẻ,việc hỏng hóc có thể sửa chửa
dễ dàng, nhng nó có một nhợc diểm rất lớn là làm việc không lâu bền bằng ph-
ơng pháp dùng bộ điều khiển lôgô, PLC Còn cửa dùng phần mềm diều khiển
bằng lôgô lại có u đIểm là là việc rất ổn định nhẹ êm,trơn nhng có nhợc đIểm là
giá cả đắt,nếu hỏng hóc rất khó sửa chữa.Do đó hiện nay tuỳ theo nhu cầu sử
dụng và vốn đầu t khác nhau, mà việc ứng dụng loại cửa nào cho phù hợp.
Ngoài ra qua việc quan sát vừa qua em thấy việc lắp đặt cửa tự động thờng
đợc sắp xếp ở những nơi mà tầm nhìn có độ rộng lớn,không gian rộng và thờng
có các loại cửa khác đi kèm nh cửa đẩy hay cửa cuốn để tạo thêm mỹ quan.Các
cảm biến dùng trong các loại cửa tự động có ở Hà Nội hiện nay đều là cảm biến
hồng ngoại.
8
Bộ môn tự động hóa
Chơng 2: Các Yêu cầu về thiết bị điện và tự động
hóa
chơng 2
Tìm hiểu công nghệ cửa trợt tự động
2.1. Khái quát chung
Cùng với công nghê thông tin thì TĐH là một ngành khoa học phát triển
cực kỳ mạnh mẽ trong thời gian gần đây. TĐH có mặt ở khắp mọi nơi mọi lĩnh
vực trong cuộc sống. Trong các nhà máy, xí nghiệp,xởng sản xuất đó là các dây
truyền sản xuất tự động.Hay trong các cơ quan, công sở,văn phòng nh là thang
máy ,cửa tự động.Thậm chí cả ở sân bay, nhà ga, siêu thị là các cửa tự động các
máy bán hàng tự động, các máy soát hàng tự động

Những thành tựu mà nó đem lại cho nhân loại là không thể kể siết. Tầm
quan trọng của nó không chỉ đối với những nớc đang phát triển đang trong quá
trình công nghiệp hoá nh nớc ta, mà còn đối với cả nhng nớc t bản phát triển
hàng đầu thế giới nh Mỹ, Nhật, Đức
Vì vậy việc nghiên cứu các ứng dụng của TĐH áp dụng trong quá trình
phát triển của xã hội là điều tất yếu và cần thiết đối với sinh viên ngành TĐH.
Việc học hỏi tìm tòi và sáng tạo những ứng dụng của TĐH sẽ góp phần không
nhỏ vào sự phát triển nền công nghiệp nớc nhà nói riêng và sự đi lên của xã hội
nói chung.
9
Bộ môn tự động hóa
Hình 2.1. Sơ đồ tổng quan về cửa
Để đảm bảo thiết kế loại cửa tự động đáp ứng đúng nhu cầu của con ngời, với
những tính năng vợt trội so với cửa bình thờng, ta phải đảm bảo hoàn thành yêu cầu
chung sau về cửa tự động:
Một là, cửa phải tự động đóng mở khi có ngời thực sự muốn đi qua cửa và phải tự
đọng đóng lại khi chắn chắn đã hết ngời muốn đi qua cửa. Yêu cầu cầu này có nghĩa là
việc đóng mở cửa tự động là hoàn toàn không tuỳ tiện. Ta phải tìm đợc một thiết bị có
thể nhận biết đợc khi nào thì ngời thực sự muốn đi qua và khi nài thì chắc chán không
còn ai muốn đi qua nữa. Thiết bị này sẽ giúp ta điều khiển chính xác cửa đáp ứng nhu
cầu của ngời dùng cửa.
Hai là, trong hoạt động của cửa tự động, khi cửa mở thì phải mở nhanh, gần mở
hết thì phải tự động giảm tốc thấp hơn rồi sau đó mới dừng hẳn. Sở dĩ ban đầu phải mở
nhanh vì nh thế sẽ không làm ngời dùng cửa phải chờ đợi, gây mất thời gian. Tuy nhiên
gần mở hết thì cửa lại phải giảm tốc đó là để tránh việc va đập cửa ở cuối hành trình,
đồng tời đảm bảo việc dừng cửa chính xác ở nơi cần dừng. Để đáp ứng yêu cầu này thì
với quá trình mở cả, cửa tự động phải có hai cấp tốc độ.
Ba là, khi cửa đóng cũng phải đóng nhanh, nhng phải chọn thời gian phù hợp rồi
giảm tốc xuống thấp hơn, đến gần cuối hành trình thì giảm tốc xuống nữa. Yêu cầu cầu
này dặt ra là do: cửa, nếu không có ngời qua lại, thì để ở trạng thái đóng để đảm bảo

chức năng của nó là ngăn cách bên trong với bên ngoài, bảo vệ những gì ở bên trong
cánh cửa. Một ví dụ đơn giản là ở những nơi công cộng có sự dụng máy lạnh, việc cửa
đóng nhanh khi không có ngời qua lại sẽ giảm bớt thất thoát hơi lạnh, tức là tiết kiệm
10
Bộ môn tự động hóa
điện hay chính là tiết kiệm tiền bạc. Tuy nhiên, cửa trong quá trình đóng cửa, cửa
không thể giữ nguyên tốc đọ rất nhanh trng suốt quá trình vì ở trạng thái nh vậy, cửa sẽ
gây cho ngơi cảm giác nh là cửa đang lao vào mình, đây là điều không nên. Vì vậy mà
sau một khoảng thời gian, cửa cần giảm tốc, để tạo cảm giác an toàn cho ngời sử dụng,
và lúc này lợng hơi lạnh thất thoát sẽ ít hơn nhiều. Cuối hành trình, cửa lại giảm tốc
tiếp chính là để tránh va đập và dừng chính xác. Nh vậy là ở quá trình đóng cửa, cửa tự
động phải có 2 cấp tốc độ.
Trong quá trình đóng cửa hoặc dừng tại cuối hành trình mở, nếu cảm biến nhận
biết bị tác động thì cửa đ

ợc mở và ng

ợc lại (Nếu đang hành trình đóng hoặc mở thì
phải đảm bảo độ an toàn khi dừng).

Ta tóm tắt quá trình hoạt động của hệ thống qua
đồ thị sau:
Bên cạnh những yêu cầu về hoạt động của cửa tự động nh trên, ta phải đảm bảo
cửa luôn đóng khi không có ngời muốn qua lại. Đặc điểm này đảm bảo chức năng
chính của cửa là vừa tạo lối qua lại, vừa che chắn đợc những thứ phía bên trong cánh
cửa.
Để đáp ứng yêu cầu chung về cửa tự động ở trên, ta phải đi vào giải quyết các yêu
cầu riêng trong từng khâu của cửa tự động, đó là:
- Kết cấu cơ khí.
- Cảm biến.

- Chuyền động.
2.2. Kết cấu cơ khí của cửa tự động
Phần cơ khí của cửa tự động quyết định hình thức và chất lợng hoạt động của cửa
tự động đoá. Vì vậy yêu cầu của phần này là vừa phải có hình thức đẹp, bố trí hợp lí
gọn gàng, vừa phải có chế độ hoạt động một cách nhe nhành, trơn và êm. Nếu cửa tự
động đạt đợc những yêu cầu này thì ngời sử dụng sẽ cảm thấy thoải mái và an toàn.
(Bởi vì rõ ràng ngời sẽ không thể cảm thấy thoải mái khi nhìn thấy một cánh cửa xấu
hay bố trí vô lí; và cũng không thể cảm thấy an toàn khi cánh cửa hoạt đọng lại phát ra
tiếng ồn quá lớn nh là sắp có sự cố gì sắp xảy ra.)
Đáp ứng yêu cầu trên, kết cấu cơ khí của cửa tự động đợc thiết kế bao gồm :
- Cánh cửa
- Móc treo cửa
- Con lăn
- Đờng ray
- Dây đai
- Pu ly
Đợc bố trí nh hình vẽ 2.2
11
Bé m«n tù ®éng hãa
H×nh2.2. S¬ ®å ®éng häc cña cöa tù ®éng 2 c¸nh
C
¸
n
h

c
ö
a
D
©

y

C
u
r
o
a
G
¾
n

v
í
i

t
r
ô
c

®
«
n
g

c
¬

t
r

u
ú
e
n

®
«
n
g
M
ã
c

t
r
e
o
12
Bộ môn tự động hóa
2.2.1. Cánh cửa
Cánh cửa là phần duy nhất trong kết cấu cơ khí mà ngời dùng có thể nhìn thấy dễ
dàng. Vì vậy yêu cầu về hình thức cánh cửa là khá quan trọng. Cánh cửa có thể làm
bằng kính bằng nh nhng phải đảm bảo chắc chắn, an toàn và thẩm mĩ.
Các loại cửa của Cửa tự động đợc phân loại theo trọng lợng của cánh cửa:
Đối với Cửa tự động có 2 cánh có các loại trọng lợng sau:
- 120 kg /2 cánh
- 150 kg /2cánh
- 200 kg /2 cánh
Đối với loại cửa tự động có 1 cánh có các loại trọng lợng từ 60 - 80
kg/cánh.

Tuỳ vào yêu cầu của từng nơi lắp đặt mà ta chọn loại cửa tự động 2 cánh hay cánh
và có trọng lợng là bao nhiêu.
Trong khuôn khổ đồ án này em chọn loại cửa tự động có hai cánh có trọng lợng
là: 100 kg/ 1 cánh.
Động cơ có các thông số sau:
P= 45 ( W) , DC
U= 40 (V)
2.2.2. Móc treo cửa
Móc treo cửa vừa đợc gắn vào con lăn chính, vừa đợc gắn vào cánh cửa. Mỗi móc
treo cửa chỉ gắn với một con lăn chính. Nhng mỗi cánh cửa phải có 2 móc treo để giữ
(treo) cửa chắc chắn và cân bằng. Yêu cầu để thuận tiện cho quá trình lắp đặt.
2.2.3. Con lăn
* Con lăn chính đợc gắn vào móc treo và đặt chạy trên đờng ray. Do đó
nó phải chịu sức nặng kéo xuống của cánh cửa đồng thời chịu cả sự ma sát
lớn khi chạy trên đờng ray. Vì thế, con lăn phải đợc làm bằng nhựa đặc biệt,
yêu cầu phải chịu đực trọng lợng cánh cửa vph nhiệt độ ma sát khi cửa chạy.

Ngoài các con lăn chính, Cửa tự động còn có các con lăn phụ có tác dụng giữ
hoặc định vị các con lăn chính khi chạy không bị trật khỏi đờng ray. Mỗi cánh cửa
cũng phải có 2 con lăn phụ.
2.2.4. Đờng ray
Ray dẫn hớng đợc lắp đặt ngang theo cánh cửa để dẫn hớng cho cánh cửa chuyển
động theo phơng ngang, nó đợc bắt cố định ở dới cửa để đảm bảo cho cánh cửa luôn
luôn nằm ở vị trí thiết kế của chúng không bị dịch chuyển theo phơng khác trong quá
trình chuyển động.
Ray dẫn hớng của cánh cửa loại dùng cho cửa luồn hoặc cửa cuốn trong các bãi
xe hoặc trong các kho chứa hàng có thể là thép góc hoặc các thanh thép hình chữ U.
Các loại cửa kéo thờng dùng các loại ray dẫn hớng chuyên dụng, có độ chính xác chế
tạo cao và các bề mặt tiếp xúc với cửa thờng phải đảm bảo theo đúng tiêu chuẩn quy
định.

13
Bộ môn tự động hóa
2.2.5. Dây đai
* Dây đai có tác dụng truyền động và đổi chiêu của lực kéo.Các con
lăn chính đợc gắn chặt với dây đai nh hình 2.3
Hình 2.3. Cơ cấu chuyền động cửa
Dây đai có tác dụng truyền động và đổi chiêu của lực kéo.Các con lăn chính đợc
gắn chặt với dây đai
Dây đai để treo cánh cửa thờng đợc làm bằng những vật liệu đặc biệt vừa có thể
chịu đợc lực kéo của động cơ vừa có thể đủ bền để chịu đợc trọng lợng của cánh cửa.
Đối với những loại cửa dùng trong các siêu thị , nhà hàng, nhà khách chính phủ v.v
Thờng làm bằng kính trọng lợng của hai cánh cửa khoảng 20 kg. Còn đối với các loại
cửa dùng trong các bãi đỗ xe hay trong các kho chứa hàng thì thờng làm bằng xích để
kéo cửa theo phơng thẳng đứng, do đó xích thờng đợc chế tạo theo đúng tiêu chuẩn vừa
để đảm bảo độ bền cơ khí, vừa phải đảm bảo chịu đợc trọng lợng của cánh cửa khi kéo
cửa lên.
2.2.6. Pu ly
Puly để làm quay dây đai thờng làm bằng thép chịu lực, nó có độ cứng, độ bền cơ
học, chịu đợc nhiệt độ và khí hậu của môi trờng khi làm việc, không bị cong vênh hay
bị vỡ khi làm
2.3. Cảm biến
Nguyên lý của cảm biến điều khiển mở đóng cửa.
Để nhận biết đ

ợc có ng

ời hay không có ng

ời muốn sử dụng cửa, ta phải dùng
cảm biến. Đây là một thiết bị quan trọng có tính quyết định đối với hoạt động của

cửa tự động.
Cảm biến đợc định nghĩa nh một thiết bị dùng để đổi các đại lợng vật lý và các
đại lợng không điện cần đo thành các đại lợng điện có thể đo đợc (nh dòng điện, điện
thế, điện dung, trở kháng ). Sau đó phát tín hiệu ra truyền tới bộ điều khỉên chơng
trình hoăc hệ điêu khiển logic. Nó là một thành phần quan trọng nhất trong một thiết
14
Con lăn chính
Gắn cố định
Gắn với trục
động cơ
Dây đai
Đ ờng ray
Bộ môn tự động hóa
bị do hay trong một hệ thống điều khiển tự động. Có nhiều loại cảm biến nh: Cảm biến
quang, cảm biến nhiệt độ, cảm biến vị trí và dịch chuyển, cảm biến áp suất
Để thực hiện đợc yêu cầu: cửa phải tự động mở khi có ngời thực sự muốn đi qua
cửa và phải đóng khi chắc chắn hết ngời muốn đi qua cửa, ta phải sử dụng một bộ cảm
biến phát tín hiệu để xác định có ngời muốn hay không muốn dùng cửa, tức là cảm
biến phải chắc chắn đợc có ngời muốn hay không muốn dùng cửa rồi mới tác động.
Cảm biến này sẽ hoạt động do sự phát và nhận tín hiệu của chính nó. Nếu có ngời
đứng vào thị trờng tín hiệu cảm biến thì có thể xảy ra 2 trờng hợp:
- Một là, ngời đó tiếp tục đi vào (tức là thực sự muốn đi qua cửa) thì cảm biến sẽ
ra lệnh cho tiếp điểm hút nhả hoặc bắt đầu tính đếm thời gian. Ta sẽ thiết kế sao cho
tiếp điểm hút nhả đợc một số lần nhất định (ví dụ 2 3 giây) thì sẽ có một lệnh điều
khiển làm cho động cơ quay và mở cửa.
- Hai là, ngời đó không có ý định đi tiếp chỉ đứng im trong thị trờng tín hiệu thì
cảm biến sẽ không đếm hút nhả hay tính thời gian mà vãn tiếp tục đóng.
Khi cửa mở ra, cảm biến có nhiệm vụ tiếp tục nhận tín hiệu để xem còn ai đi qua
cửa nữa không. Nếu còn có ngời muốn qua thì cửa vẫn phải tiếp tục mở còn nếu đã hết
thì cửa phải đóng lại. Cửa đợc ra lệnh đóng lại khi tiếp điểm không hút nhả nữa và tính

thêm một khoảng thời gian trễ dự bị xem có thể ngời vào chậm hơn ngời đi trớc
2.3.1. Cảm biến hồng ngoại
15
Bộ môn tự động hóa
Hình 2.4. Vùng làm việc của cảm biển hồng ngoại.
Ta sẽ sử dụng nguyên lý của bộ phát và bộ thu. Trong đó bộ phát phát ra ánh sáng
hồng ngoại. Sự xuất hiện của ngời qua lại trớc cửa tự động làm chắn nguồn sáng
hồng ngoại đó. Sự thay đổi chập chờn của luồng sáng phát ra là tín hiệu cho bộ thu
nhận tín hiệu và tín hiệu đó đợc chuyển hoá thành xung điện và đa vào mạch điều
khiển, ra lệnh điều khiển cửa. Theo phơng cách này: việc phát hiện, tiếp nhận tín hiệu
và xử lý lệnh điều khiển sẽ đợc thi hành nhanh, chính xác.
Cảm biến này không tác dụng đối với vật tĩnh mà chỉ tác dụng đối với vật động;
do đó nếu có ngời đứng trong vùng ánh sáng mà bộ phát của cảm biến phát ra mà ngời
đó không di động: cửa sẽ không mở
Cảm biến hồng ngoại cho phép đo những vật thể có nhiệt độ khác nhau ở môi tr-
ờng xung quanh trong khoảng vài mét mà không cần tiếp xúc trực tiếp nh cảm biến
nhiệt độ.
Hiện nay, các bộ thu hồng ngoại đợc chế tạo từ vật liệu Pyrolec Tiric cho phép
biến đổi các bức xạ hồng ngoại thành các xung lỡng cực, gây ra goài của các vật liệu.
Bề mặt của điện cực và của chất điện môi cấu tạo cảm biến hình thành một tụ điện. Tín
hiệu tạo thành từ cảm biến tỷ lệ với cờng độ bức xạ hồng ngoại tác động.
Các vật liệu Porelectric loại tinh thể đơn nh LiTa0
3
, LiNb0
3
, TGS, thờng đợc sử
dụng để chế tạo cảm biến thu hồng ngoại. Vật liệu khác nh Polyme-PVDF cũng đợc sử
dụng rộng rãi do giá thành rẻ và sử dụng đơn giản. Trong cảm biến thu thờng có phản
xạ gơng cầu, cho phép tập trung tia hồng ngoại và bộ thu đặt ở tiêu cự gơng cầu.
Căn cứ vào kích thớc của cửa ta chọn cảm biến hồng ngoại có các thông số sau:

Điện thế làm việc U
b
= 4,5V.
Tín hiệu ra U
ra
= 1,1V.
Công suất tiêu tán 0,18 m W.
Điện trở ra R = 2,2 k .
Khoảng cách thu nhận cực đại 2.5 m.
2.3.2. Cảm biến vị trí
Các cảm biến vị trí đựơc sử dụng là các rơle từ. Đây là các công tắc với điều
khiển đóng ngắt bằng từ trờng. Từ trờng là nam châm vĩnh cửu đợc gắn trên cánh cửa.

Hình 2.5. Sơ đồ cấu tạo cảm biến vị trí
Nguyên lý làm việc: khi có từ trờng tác động lên công tắc từ (CTT), công tắc này
đóng lại mạch đợc khép kín nguồn điện đi từ cực dơng (+) qua công tắc từ qua điện trở
16
Bộ môn tự động hóa
hạn chế R qua Điôt quang (Led) làm nó sáng lên báo hiệu mạch đã hoạt động. Cảm
biến này đợc sử dụng để điều khiển tốc độ và giới hạn dừng khi nó mở và đóng cửa.
Cảm biến vị trí và dịch chuyển:
Cảm biến này lấy sự dịch chuyển làm tín hiệu. Có hai phơng pháp để xác định vị
trí và dịch chuyển đợc dùng trong cảm biến vị trí và dịch chuyển.
Cách 1: ứng với mỗi dịch chuyển cơ bản cảm biến sẽ phát ra một xung. Khi đó
sự dịch chuyển và vị trí đợc xác định bằng cách đếm xung phát ra. Cách này đợc dùng
để nhận biết tín hiệu thay đổi tốc độ động cơ chứ không dùng để đóng mở động cơ.
Cách 2: Cảm biến cung cấp một tín hiệu là hàm phụ thuộc vào vị trí của phần tử
trong cảm biến liên quan với vật mà ta cần đo sự dịch chuyển. Sự thay đổi tín hiệu sẽ
cho ta biết độ dịch chuyển của vật thể.
Cảm biến này không đợc dùng để lấy tín hiệu trong hệ thống cửa tự động vì đối t-

ợng di t động với 2 cấp tốc độ khác nhau, để cửa có thể tự động chuyển tốc độ khi tới
những vị trí ta đã xác định thì phải dùng cảm biến để nhận biết hành trình của cửa, sau
đó sẽ đa đến lệnh điều khiển cho cửa chuyển tốc độ.
Khi có ngời thực sự muốn đi qua cửa, cảm biến xác định trong một khoảng thời
gian ngắn (2-3 giây từ khi ngời đi vào thị trờng tín hiệu của cảm biến), cảm biến sẽ
phát một tín hiệu đến bộ xử lý trong mạch điều khiển. Mạch điều khiển xử lí tín hiệu
này rồi ra lệnh đến khâu chấp hành điều khiển động cơ truyền động. Động cơ quay,
qua cơ cấu dây đai truyền động cho con lăn, kéo cửa ra. Ban đầu, cửa mở nhanh với
vận tốc lớn v
1
(điều này là cần thiết vì ở khâu cảm biến xác định đã tốn một khoảng
thời gian nên việc mở nhanh cửa sẽ bù trừ thời gian đã bị chậm). Khi gần hết hành
trình mở cửa sẽ nhận đợc một tín hiệu tác động và giảm tốc độ xuống v
3
để đảm bảo
cửa dùng đúng chỗ và tránh va chạm cơ khí. Khi cửa đã mở ra hết tín hiệu phải đảm
bảo không có điện tiếp tục cấp vào động cơ vì nếu không sẽ làm động cơ cháy.
Khi cảm biến đã xác định chắc chắn hết ngời đi qua cửa, động cơ sẽ hoạt động và
quay với chiều ngợc lại khi truyền động cho cửa. Cửa sẽ đợc đóng lại qua 3 cấp tốc độ.
Ban đầu, cửa đóng rất nhanh với vận tốc v

1

, theo đúng yêu cầu chung của cửa tự động
mà ta đã nêu. Sau khi đi đ

ợc một hành trình xác định hoặc một thời gian nhất định
(khoảng 1/3 hành trình đóng) thì cửa sẽ nhận đ

ợc một tín hiệu tác động giảm tốc độ

xuống vận tốc v

2

(v

1

>v

2

>v

3

). Lí do chính của việc giảm tốc độ này là để không tạo
cho ng

ời có cảm giác không an toàn. Khi gần hết hành trình đóng, cửa sẽ nhận đ

ợc
một tín hiệu tác động khác ra lệnh giảm tốc lần nữa xuống vận tốc v

3

để cửa dừng
chính xác tránh va đập.

Sau khi cửa đã đ

óng lại hoàn toàn thì phải dừng cấp điện cho
động cơ để tránh gây cháy động cơ.
Giả sử cửa đang đóng mà có ngời đi vào thì cửa phải mở ra ngay mà không cần
thời gian xác định cảm biến điều khiển đóng mở để ngời vào kịp thời.
Để nhận biết đ

ợc có ng

ời hay không có ng

ời muốn sử dụng cửa, ta phải dùng
cảm biến. Đây là một thiết bị quan trọng có tính quyết định đối với hoạt động của
cửa tự động.
Cảm biến đợc định nghĩa nh một thiết bị dùng để đổi các đại lợng vật lý và các
đại lợng không điện cần đo thành các đại lợng điện có thể đo đợc (nh dòng điện, điện
17
Bộ môn tự động hóa
thế, điện dung, trở kháng ). Nó là một thành phần quan trọng nhất trong một thiết bị
do hay trong một hệ thống điều khiển tự động. Có nhiều loại cảm biến nh: Cảm biến
quang, cảm biến nhiệt độ, cảm biến vị trí và dịch chuyển, cảm biến áp suất
* Phân tích một số loại cảm biến chính sau:
Cảm biến nhiệt độ và cảm biến áp suất:
Hai loại cảm biến này lấy các tín hiệu từ đại lợng nhiệt độ và áp suất. Các đại l-
ợng nh nhiệt độ áp suất và áp suất hầu nh không liên quan đến việc đi lại của con ngời
qua hệ thống cửa tự động. Vì vậy nên ta không dùng hai loại cảm biến này để lấy tín
hiệu điều khiển cửa tự động.
Cảm biến vị trí và dịch chuyển:
Cảm biến này lấy sự dịch chuyển làm tín hiệu. Có hai phơng pháp để xác định vị
trí và dịch chuyển đợc dùng trong cảm biến vị trí và dịch chuyển.

Cách 1: ứng với mỗi dịch chuyển cơ bản cảm biến sẽ phát ra một xung. Khi đó
sự dịch chuyển và vị trí đợc xác định bằng cách đếm xung phát ra. Cách này đợc dùng
để nhận biết tín hiệu thay đổi tốc độ động cơ chứ không dùng để đóng mở động cơ.
Cách 2: Cảm biến cung cấp một tín hiệu là hàm phụ thuộc vào vị trí của phần tử
trong cảm biến liên quan với vật mà ta cần đo sự dịch chuyển. Sự thay đổi tín hiệu sẽ
cho ta biết độ dịch chuyển của vật thể.
Cảm biến này không đợc dùng để lấy tín hiệu trong hệ thống cửa tự động vì đối
tợng di chuyển là con ngời đi qua cửa.
2.4. Truyền động trong cửa tự động
2.4.1. Khái quát về truyền động
Khâu truyền động trong cửa tự động quyết định lớn đến chất lợng hoạt động của
cửa tự động, đặc biệt ở việc thay đổi các cấp tốc độ khi cửa đóng vào hoặc mở ra.
Đối với truyền động cửa tự động thì quan trọng nhất là chất lợng điều chỉnh tốc
độ và độ phức tạp trong việc điều chỉnh tốc độ. Sở dĩ nh vậy là vì cửa tự động hoạt
động với 2 cấp tốc độ khác nhau, đồng thời sự thay đổi tốc độ lại diễn ra trong thời
gian ngắn (chỉ 1/2 hoặc 1/3 hành trình đóng mở cửa).
Hình 2.6. Sơ đồ điều khiển
Với yêu cầu trên, trong cửa tự động có thể sử dụng hệ thống khí nén hoặc sử dụng
động cơ điện để truyền động cho cửa. Cả hai loại đều có khả năng truyền động cho cửa
V
1
v
0
M t
V
1
V
2
G
1

V
2
G
2
D
1
D
2
18
Bộ môn tự động hóa
tự động đúng yêu cầu, tuy nhiên chúng cũng có những u nhợc điểm khác nhau nên đợc
ứng dụng ở những trờng hợp khác nhau. Riêng đối với động cơ điện, ngời ta cũng có
thể chọn nhiều loại động cơ:
- Động cơ không đồng bộ 3 pha.
- Động cơ xoay chiều 1 pha.
- Động cơ 1 chiều.
2.4.2. Động cơ không đồng bộ 3 pha
Động cơ không đồng bộ đợc sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp cũng nh
trong thực tế. Ưu điểm nỗi bật của động cơ này là: kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận
hành an toàn, sử dụng trực tiếp từ lới điện xoay chiều 3 pha.Tuy nhiên việc điều chỉnh
tốc độ lại khó khăn hơn so với động cơ điện một chiều.
Khác với động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ đơc cấu tạo phần cảm và
phần ứng không tách biệt. Từ thông động cơ cũng nh momen động cơ sinh ra phụ
thuộc vào nhiều tham số. Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ
không đồng bộ là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh. Dới đây là các
phơng pháp điều khiển tốc độ .
* Điều chỉnh điện áp động cơ
Momen động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phơng điện áp stato , do đó có thể
điều chỉnh đợc momen và tốc độ bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp stato trong khi
giữ nguyên tần số.

* Điều chỉnh điện trỏ mạch roto.
Khi điều chỉnh giá trị điện trở ro to thì momen tới hạn của động cơ không thay
đổi và độ triựơt tới hạn thi tỷ lệ bậc nhất với điện trở.
* Điều chỉnh tần số
Luật điều chỉnh tần số điện áp theo khả năng quá tải
Khi điều chỉnh tần số thì trở kháng, từ thông, dòng điện của động cơ thay đổi,
để đảm bảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm động cơ bị quá dòng thì cần phải
điều chỉnh cả điện áp. Đối với hệ thống biến tần nguồn áp thờng có yêu cầu giữ cho
khả năng quá tải về mômen là không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ. Mômen cực
đại mà động cơ sinh ra đợc chính là mômen tới hạn M
th
, khả năng quá tải về mômen đ-
ợc quy định bằng hệ số quá tải mômen
M
.

th
M
M
M

=
Hình 2.7. Xác định khả năng quá tải về mômen
19
Bộ môn tự động hóa
Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn stato R
s
= 0 thì ta có thể tính đợc momen tới
hạn nh sau:

2 2
2 2 2
0 0
.
2 .
m s s
th
S r
L U U
M K
L L



= =
ữ

(2-1)
Điều kiện để giữ hệ số quá tải không đổi là:

th thdm
M
dm
M M
M M

= =
(2-2)
Thay thế (2-1) vào (2-2) và rút gọn ta đợc:

0 0
s sdm
dm thdm
U U
M
M

=
(2-2)
Đặc tính cơ gần đúng của máy sản xuất (phụ tải) có thể viết nh sau:


0
0
x
c dm
dm
M M



= =
ữ

(2-3)
Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp
20
Bộ môn tự động hóa
Hình 2.9. Nguyên lý tạo điện áp xoay chiều ba pha
Từ (2-3) và (2-2) rút ra đợc luật điều chỉnh tần số điện áp để có hệ số quá tải về

mômen không đổi:

1 1
2 2
0
0
x x
s s
sdm dm sdm
U f
U f


+ +

= =
ữ ữ

(2-4)
Hay ở dạng đơn vị không tên:
Các bộ biến đổi tần số - điện áp
Sơ đồ nguyên lý mạch lực của một bộ biến tần nguồn áp trên bao gồm bốn khối
chức năng chính: nguồn điện một chiều NMC, mạch lọc F, nghịch lu độc lập nguồn áp
NL và động cơ giá trị điều chỉnh đợc, nghịch lu gồm 6 khoá bán dấn S
1
S
6
và cần 6
van không điều khiển D
1

D
6
. Các khoá ngịch lu đợc đóng cắt theo thứ tự nhất định
(xem H.5-16,a) tạo thành điện áp xoay chiều ba pha đặt lên động cơ chấp hành, góc
dẫn của các khoá là 180
0
, thời điểm các khoá S
1
, S
3
, S
5
và S
2
, S
4
, S
6
bắt đầu dẫn lệch
nhau 120
0
. Điện áp dây của nghịch lu có dạng xung chữ nhật với độ rộng là 120
0
và
thoả mãn điều kiện phân tích thành chuỗi điều hoà.

1
2 3 1
. .sin
6 6

ab d c
k
k
u u cos k t
k




=

+
ữ


(2-5)
k = 1 + 6C; C=0, 1; 2
Thành phần điều hoà cơ bản của (2-5) có biên độ:
21
Bộ môn tự động hóa

1
'
2 3
1,103
abm d d
U u u

= =
(2-6)

và có giá trị hiệu dụng là:


1
6
0,78
ab d d
U u u

= =
(2-7)
Giá trị hiệu dụng của chuỗi :


2
0,916
3
ab d d
U u u= =
(2-8)
Biên độ tầng sóng hai bậc k:

2 3
.
k
abm d
U u
k

=

(2-9)
Đồ thị điện áp pha của động cơ có dạng bậc thang, tại thời điểm các khoá
chuyển mạch thì điện áp pha có đột biến nhảy cấp, giá trị từng cấp đợc xác định nh
trên. Dòng điện của động cơ là nghiệm phơng trình vi phân mô tả động cơ đợc giải ở
từng đoank, khi điện áp pha không đổi. Dòng điện có dạng xoay chiều không điều hoà.
Xem H2.10.
Hình 2.10. Đồ thị dòng điện và khoảng dẫn của các van
Các khoá S là các khoá bán dẫn, ở các truyền động công suất nhỏ thờng dùng các
tranzito, ở các truyền động công suất lớn thờng dùng các van tiristo, khi này việc khoá
(ngắt) các van đợc thực hiện bằng các mạch đặc biệt nh dùng tụ điện và các van thiristo
phụ Thời gian gần đây sử dụng các van tiristo đặc biệt là các vanm khoá đợc bằng
xung điều khiển (GTO).
22
Bộ môn tự động hóa
Hình 2.11. Các phơng pháp điều chỉnh điện áp trong nghịch lu tần số - điện áp
Giá trị điện áp động cơ đợc điều chỉnh hoặc bởi điều chỉnh biên độ điện áp một
chiều - bằng chỉnh lu điều khiển hoặc bằng bộ băm xung áp (H.5-H.7,a). Điện áp cũng
có thể điều chủnh bằng điều chỉnh thời gian đóng của các khoá X (H.5 - H.7,b), hoặc
là bằng điều chế độ rộng các xung áp bằng chính nghịch lu (H.5 - H.7, c, d). Phơng
pháp sau đây đợc sử dụng rộng rãi nhất là ở các truyền động công suất nhỏ, do có u
điểm nổi bật là vừa điều chỉnh đj diện áp, vừa là sin hoá điện áp đặt vào động cơ. Với
số lợng các xung có độ rộng thích hợp, phơng pháp điều chế độ rộng xung có thể làm
triệt tiêu các sóng hài bậc cao.
23
Bộ môn tự động hóa
* Điều chỉnh từ thông
Chế độ định mức là chế độ làm việc tối u và tuổi thọ của động cơ không đồng
bộ. Trong chế độ này, từ thông là định mức và mạch từ có công suất tối đa. Luật điều
chỉnh điện áp tần số (5-61) là luật gần đúng giữ từ thông không đổi trên toàn dải điều
chỉnh. Tuy nhiên từ thông động cơ, trên mỗi đặc tính, còn phụ thuộc rất nhiều vào độ

trợt s, tức là phụ thuộc mômen tải trên trục động cơ. Vì thế, trong các hệ điều chỉnh
yêu cầu chất lợng cao cần tìm cách bù từ thông.
Khi giải đồng thời các phơng trình trên ta có thể tìm đợc quan hệ giữa dòng điện
stato và từ thông rôto.

2
)(1
Sr
m
r
S
T
L
I


+=
(2-10)
Trong đó: T
r
= L
r
/R
r
Biểu thức (2-10) có nghĩa là nếu muốn giữ từ thông không đổi
r
=
fđm
thì
dòng điện phải đợc điều chỉnh theo độ trợt. Sử dụng sơ đồ thay thế và các biểu thức ta

có thể chứng minh đợc rằng: Khi giữ biên độ từ thông rôto không đổi thì vectơ từ thông
rôto và vectơ dòng điện rôto luôn vuông góc nhau trong không gian. Mặt khác, do
mômen điện từ là tích vectơ của hai vectơ này nên khi chúng vuông góc nhau thì
mômen là tích của hai đại lợng.
M
r
.I
r
(2-11)
Hình 2.12. Quan hệ I
S
(
S
) khi từ thông là không đổi
Điều này cũng có nghĩa là mômen điện từ sẽ tỷ lệ với biên độ dòng điện rôto,
giống nh quan hệ giữa mômen và dòng điện phần ứng trong động cơ một chiều kích từ
độc lập khi từ thông kích từ là định mức. Sơ đồ nguyên lý và đặc tính điều chỉnh của hệ
kín nh trên H.2-12.
Cấu trúc sơ đồ điều chỉnh từ thông nh trên H.2.12. chỉ là điều chỉnh gián tiếp từ
thông, thông qua điều chỉnh điện áp của động cơ, vì vậy mà độ chính xác điều chỉnh
thấp.
Phơng pháp điều chỉnh cả độ lớn (biên độ) và vị trí (pha) của dòng điện giúp tạo
đợc hệ thống điều chỉnh từ thông hoàn hảo mà không cần xen - xơ từ thông. Véc tơ từ
thông rôto quy đổi quay đồng bộ với từ trờng quay, trong khi chuyển vị các véc tơ và
các phơng trình, coi véctơ từ thông trùng với một trục toạ độ - trục ox - nh trên H.2.13
Góc mang thông tin về vị trí vectơ từ thông, do thành phần i
sx
nằm cùng phơng
với từ thông, do đó điều chỉnh từ thông cũng chính là điều chỉnh i
sx

. Thành phần i
sy
nằm
24
Bộ môn tự động hóa
vuông góc với vectơ từ thông nên nếu giữ biên độ từ thông không đổi thì thành phần i
sy
sẽ tỷ lệ với dòng điện rôto, và do đó tỷ lệ với mômen
Hình 2.13. Điều chỉnh tần số - điện áp với từ thông không đổi
Hình 2.14. Chuyển vị các trục toạ độ
điện từ. Vectơ dòng điện stato có các thành phần đợc xác định từ hình 5-20.
i
s

= i
sx
. cos - i
sy
.sin (2.12)
i
s

= i
sx
. sin - i
sy
.cos
Khi giữ từ thông không đổi về điều chỉnh mômen thì do đặc tính cơ có độ cứng
hữu hạn nên tốc độ trợt
s

=
o

- cũng thay đổi tỷ lệ với mômen, còn đầu mút của vectơ dòng điện i
s
sẽ trợt dọc
theo đờng thẳng i
sx
= const.
Sơ đồ khối của hệ điều chỉnh vị trí và biên độ véctơ dòng điện đợc xây dựng.
25