BTL cơ cấu chấp hành Haui Nhom14

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ

BÀI TẬP LỚN MƠN

CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN

Giáo viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Văn Hoàng

-2019602656

Vương Ngọc Quý

-2019601358

Lê Duy Thôn

-2019234049

Hà Nội-12/2021


PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM
I. Thơng tin chung 1.
Tên lớp:

ME6046.2

Khóa: 14

2. Tên nhóm: Nhóm 14
3.Họ và tên thành viên: Vương Ngọc Q

MSV: 2019601358

Nguyễn Văn Hồng

MSV: 2019602656

Lê Duy Thơn

MSV: 2019600338

II. Nội dung học tập:
1. Phần thuỷ khí: Cửa kho đơng lạnh
được mở và đóng bằng xy lanh thuỷ lực.
Tải trọng tĩnh cực đại tác dụng lên
pittong là 150 kg, vận tốc chuyển động
ổn định của pittong là 0.06 m/s, thời gian
tăng tốc từ 0 tới 0.06 m/s là 1(s) là; thời
gian giảm tốc ở cuối hành trình bằng thời
gian tăng tốc; thời gian pittong thực hiện
được một hành trình bằng 6 s; áp suất của
chất lỏng làm việc p=30at. Bình tích thuỷ lực được lắp cho phép cửa đóng mở
được trong cả trường hợp hỏng nguồn điện. Van 4/3 được sử dụng để điều khiển
xy lanh. Van này có thể được nối theo cách mà nó làm cần piston đi ra khi van ở
vị trí thường. Hệ thống dự phịng cho an toàn cắt mạch để tránh cho người bị mắc

kẹt ở cửa trong trường hợp này không cần thiết. Chức năng ngắt này thông thường
được thực hiện bằng hệ thống điều khiển điện dùng cho hệ thống thuỷ lực.
Hoạt động của sinh viên –
Nội dung 1: Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống?
2


- Nội dung 2: Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lực
đáp ứng yêu cầu đề bài?
2. Phần động cơ điện
Bài 1: Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có thơng số: Pđm = 2,2 KW; Uđm
= 110V; Iđm = 25,6A; nđm = 1430 vg/phút. Vẽ đặc tính cơ tự nhiên, đặc tính cơ
nhân tạo với Rưf = 0,78 .
Bài 2: Tìm trị số của các cấp mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lập có:
Pđm = 13,5 KW; Uđm = 110 V; Iđm = 145 A; nđm = 1050 vg/ph. Biết rằng đm
max Mmm = 200%M , mở máy với 3 cấp điện trở.
Bài 3: Động cơ một chiều kích từ độc lập có thơng số: Pđm = 29 KW; Uđm = 440
V; Iđm = 79 A; nđm = 1000 vg/ph; Rư = 0,05 Rđm làm việc ở chế độ hãm tái
sinh. Xác định  khi Iư = 60 A, Rưf = 0.
Bài 4 Động cơ không đồng bộ ba pha có thơng số Pđm = 22,5 kW; Uđm = 380V;
nđm = 1460vg/ph; r1 = 0,2; r’2 = 0.24; x1 = 0,39; x’2 = 0,46. Hãy xác
định tốc độ động cơ  khi mô men phụ tải bằng định mức, trong mạch rôto mắc
thêm điện trở phụ đã quy đổi về stato là 1,2Ω; trong mạch stato mắc thêm điện
kháng X1f = 0,75
Câu 5: Cho một động cơ khơng đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có các thông số sau:
Công suất định mức của động cơ: Pđm = 55 KW.
Áp dây định mức: Vđm = 660V / 380V – Y/. (Tần số nguồn điện f = 50 Hz ).
Tốc độ định mức của động cơ : nđm = 980 vòng/phút.
Hiệu suất định mức là : đm = 93,5%.
Hệ số công suất lúc tải định mức: cosđm = 0,86.

Bội số dòng điện mở máy của động cơ là mI = 6.

3


Khi cấp nguồn áp 3 pha 380V (áp dây) vào động cơ, lúc mang tải định mức xác
định:
1. Tần số của rotor?
2. Dòng điện định mức cấp vào stator động cơ?
3. Công suất điện từ? Khi biết tổn hao ma sát cơ, quạt gió chiếm 15% tổng tổn
hao của động cơ; tổn hao thép chiếm 25% tổng tổn hao.
III. Nhiệm vụ học tập
1. Hoàn thành tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án theo đúng thời gian quy định (từ
ngày …/…/2020 đến ngày …/…/2020)
2. Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước giảng viên và những
sinh viên khác
IV. Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án
1. Tài liệu học tập: Giáo Trình Truyền Động Điện, Hệ Thống Tự Động Thủy Khí.
2. Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếu có):
Máy tính.

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

KHOA/TRUNG TÂM

TS.Phan Đình Hiếu

TS.Nguyễn Anh Tú

4

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, khoa học kỹ thuật phát triển ngày càng mạnh mẽ trong tất cả các
lĩnh vực của đời sống và xản xuất. Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào các hoạt
động sản xuất đòi hỏi con người phải khơng ngừng học hỏi và nâng cao trình độ
hiểu biết để kịp thời cập nhật những tiến bộ mới nhất của thế giới. Chính vì vậy,
phát triển ngành cơ điện tử có ý nghĩa hết sức quan trọng vì các sản phẩm của
ngành phục vụ trong tất cả các ngành khác trong nền kinh tế như: phục vụ trong
lĩnh vực tự động hóa, kỹ thuật robot, chế tạo, điều khiển và cảm ứng, …
Động cơ điện được dùng trong hầu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ nhỏ
dùng trong lị vi sóng để chuyển động đĩa quay, hay trong các máy đọc đĩa (máy
chơi CD hay DVD), đến các đồ nghề như máy khoan, hay các máy gia dụng như
máy giặt, sự hoạt động của thang máy hay các hệ thống thơng gió cũng dựa vào
động cơ điện. Ở nhiều nước động cơ điện được dùng trong các phương tiện vận
chuyển, đặc biệt trong các đầu máy xe lửa. Trong cơng nghệ máy tính: Động cơ
điện được sử dụng trong các ổ cứng, ổ quang, chúng là các động cơ bước rất nhỏ.
Hệ thống điều khiển khí nén được sử dụng vô cùng rộng rãi ở rất nhiều lĩnh
vực mà ở đó mơi trường lao động có sự nguy hiểm, nên hạn chế có sự góp mặt
của con người, những nơi hay xảy ra cháy nổ như: ở vị trí làm việc của các đồ gá
kẹp các chi tiết làm bằng vật liệu nhựa, chất dẻo… Hoặc được sử dụng trong
ngành cơ khí chế tạo sản xuất như là cấp phơi cho q trình gia cơng, hoặc trong
môi trường yêu cầu vệ sinh sạch như công nghệ sản xuất các thiết bị điện tử.
Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được ứng dụng trong các dây chuyền
sản xuất thực phẩm như: tẩy rửa bao bì đóng gói tự động, chiết rót nước vào chai,
lọ…
Trong đề tài bài tập lớn môn Cơ cấu chấp hành và điều khiển này, nhóm sinh
viên chúng em xin trình bày một cách cụ thể về quá trình nghiên cứu tìm hiểu và
tính tốn về hệ thống thủy khí cũng như động cơ điện. Thơng qua đó có thể áp

5


dụng nó vào các bài nghiên cứu khoa học hay vào đồ án tốt nghiệp chuyên ngành
khi ra trường.

6


MỤC LỤC
Lời nói đầu ____________________________________________________ 5
Mục lục _______________________________________________________ 7
Phần 1: Phần thủy khí ____________________________________________ 8
Nội dung 1: Vẽ biểu đồ trạng thái và lưu đồ tiến trình__________________ 8
Nội dung 2: Tính chọn bơm dầu, tính chọn xy lanh, thiết kế mạch thủy lực 11
Phần 2: Động cơ điện ___________________________________________ 15
Bài 1: ______________________________________________________ 15
Bài 2: ______________________________________________________ 16
Bài 3: ______________________________________________________ 17
Bài 4: ______________________________________________________ 18
Bài 5: ______________________________________________________ 20

7


PHẦN 1: PHẦN THỦY KHÍ
Nội dung 1: Vẽ biểu đồ trạng thái và lưu đồ tiến trình
1.1 Tổng quan hệ thống

Hình 1 Hệ thống cửa thủy lực

- Các thiết bị cần có trong hệ thống:
+ Xy lanh tác động kép
+ Van 4/3 điều khiển bằng tín hiệu điện có giữ trạng thái
+ Bình tích áp
+ Bơm thủy lực
1.2 Biểu đồ trạng thái
Theo yêu cầu của đề tài ta có thể thiết lập trạng thái của hệ thống như sau:

8


Hình 2 Biểu đồ trạng thái

Các bước thao tác:
Bước 1: Nhấn nút ấn ‘ MỞ’ tác động điện lên van 4/3 làm cho cần pitong
chuyển động đi vào. Khi cần pitong đi hết hành trình về vị trí S1, ngắt tín hiệu
điện và van 4/3 giữ trạng thái.
Bước 2: Nhấn nút ‘ ĐÓNG’ , tác động điện lên van 4/3 làm cho cần pitong di
chuyển đi ra. Khi cần pitong đi hết hành trình về vị trí S2, ngắt tín hiệu điện và
van 4/3 giữ trạng thái.
1.3 Lưu đồ thuật toán

9


Hình 3 Lưu đồ thuật tốn

10

Nội dung 2: Tính chọn bơm dầu, tính chọn xy lanh, thiết kế mạch thủy lực
2.1 Tính chọn xy lanh
Xy lanh chịu 1 tải trọng tĩnh:
Pt = m.a = 150.9,8 = 1470( N )

Tải trọng động của xylanh khi pittong tăng hay giảm tốc:
Pd = m.a = m.

v
0.06
= 150.
= 9( N )
t
1

Tải trọng tổng cộng:
P = Pt + Pd = 1470 + 9 = 1479( N )

Đường kính của xy lanh được xác định theo cơng thức:
D=

4P
.K
p

( 1)

Trong đó :
+ P = Pt + Pd
+ K - hệ số ảnh hưởng của tổn thất ( K=1,3 )

+ p - áp suất chất lỏng làm việc ( p = 30at = 294,3N/𝑐𝑚2 )
Thay vào (1) ta được
D=

4P
4.1479
.K =
.1,3 = 2,9(cm)
p
3,14.294,3

Lấy tròn đường kính D theo tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN
2014:197
Ta được D =32mm. Xác định lại áp suất của chất lỏng làm việc để cho xy
lanh thắng được tải trọng tác dụng:

11


p=

4 PK 4.1479.1,3
=
= 239( N / cm2 ) = 24, 4(at )
2
2
D
3,14.3, 2

Đường kính pittơng d xác định gần đúng phụ thuộc vào áp suất p theo tỷ số

d
sau:
D

𝑝 ≤ 15𝑎𝑡

15 < 𝑝 ≤ 50𝑎𝑡

50 < 𝑝
≤ 80 ÷ 100𝑎𝑡

d
= 0,5
D

d
=0,3 ÷ 0,35
D

d
=0,7
D

Áp suất chất lỏng làm việc trong điều kiện bài toán p = 239( N / cm2 ) = 24, 4(at )
< 50at vì vậy ta chọn

d
= 0,5
D

Đường kính cần pittơng có giá trị bằng d = 0,5.D = 16mm
Xác định hành trình pittong:
Đoạn đường pittong chuyển động có gia tốc:
at 2
2S1 = 2
= 0,06.12 = 0,06m = 60mm
2

Đoạn đường pittong chuyển động đều:
S2 = Vp .t = 0,06.4 = 0, 24m = 240mm

Hành trình pittong :
S = 2S1 + S2 = 60 + 240 = 300mm

2.2 Tính chọn bơm
Lưu lượng bơm khi xyalanh tiến:

Qtien =

V p . .D 2
4

=

0, 06.60.103.3,14.322
= 2893824(mm3 / phút ) = 2,894(l / phút )
4

12

Lưu lượng bơm khi xyalanh lùi:
Qlui =

V p . .( D 2 − d 2 )
4

=

0, 06.60.103.(322 − 162 )
= 691200(mm3 / phút ) = 0, 691(l / phút )
4

13


2.3 Thiết kế hệ thống thủy lực
Theo yêu cầu của đề tài ta có thể thiết kế hệ thống thủy lực như sau:

Hình 4 Thiết kế hệ thống thủy lực điều khiển bằng điện

14


PHẦN 2: ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Bài 1: Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có thơng số: Pđm = 2,2 KW;
Uđm = 110V; Iđm = 25,6A; nđm = 1430 vg/phút. Vẽ đặc tính cơ tự nhiên,
đặc tính cơ nhân tạo với Rưf = 0,78 .
Bài làm
Tóm tắt:

Pđm = 2,2kW
Uđm = 110V
Iđm = 25,6A
nđm = 1430v/p
Vẽ đường đặc tính cơ và nhân tạo với Rưf=0,78.
Ta có:

dm =

ndm
= 149,74(v / p)
9,55

M dm =

Pdm

dm

=

2200
= 14,69(v / p)
149,74

Ta có phương trình đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

=

Uu

Ru
−
.M
K  ( K  )2

Xác định 2 điểm A(0, 0) và B(Mđm, đm)
Khi M = 0  0 =

Uu
Uu
=
= 192,9(rad / s)
K  M dm / I dm

 Hai điểm tìm được A(0,192,9) và B(14,69,149,74)

dm =

Uu
Ru
−
.M dm
K  ( K  )2

 Ru = 0,94
K  dm =

M dm
= 0,573(Wb)
I dm

15


Khi có điện trở phụ phần ứng Ruf, phương trình đặc tính cơ điện có dạng:
( R + Ruf )
U
= u − u
.I dm
K
K
Ta có:

dmnt =

U dm − I dm .( Ru + Ruf )
K  dm

=

110 − 25,6.(0,94 + 0,78)
= 115,13( rad / s )
0,573

Đường đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính nhân tạo:

Đường đặc tính cơ tự nhiên
Đường đặc tính cơ nhân tạo
Bài 2: Tìm trị số của các cấp mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lập
có: Pđm = 13,5 KW; Uđm = 110 V; Iđm = 145 A; nđm = 1050 vg/ph. Biết
rằng đm max Mmm = 200%M , mở máy với 3 cấp điện trở.

Tóm tắt:
Pđm = 13,5kW
16


Uđm = 110V
Iđm = 145A
nđm = 1050v/p
max
Biết M mm
= 200%M dm , mở máy với 3 cấp điện trở

Tìm trị số các cấp mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lập
Bài làm
max = 200% M
M nm
dm
 I nm = I1 = 2 I dm

Ta có khởi động ở 3 cấp điện trở  m = 3
R1 =

U dm U dm
110
=
=
= 0,38()
I1
2 I dm 2.145

Ru = 0,5.(1 −  ).

Ta có  = m


U dm
Pdm  U dm
= 0,5.1 −
= 0,0583()
.
I dm
 U dm .I dm  I dm

R1
0,38
=3
= 1.87
Ru
0,0583

Trị số từng cấp điện trở:

R f 1 = ( − 1) Ru = 0.051()
R f 2 =  ( − 1) Ru = 0.095()
R f 3 =  2 ( − 1) Ru = 0.177()

Bài 3: Động cơ một chiều kích từ độc lập có thơng số: Pđm = 29 KW; Uđm
= 440 V; Iđm = 79 A; nđm = 1000 vg/ph; Rư = 0,05 Rđm làm việc ở chế độ
hãm tái sinh. Xác định  khi Iư = 60 A, Rưf = 0.

Tóm tắt:

Pđm = 29kW
Uđm = 440V
17


Iđm = 79A
nđm = 1000v/p
Rư = 0,05Rđm làm việc ở chế độ hãm tái sinh
Tìm  = ? khi Iư = 60A, Rưf=0
Bài làm
Ta có dịng điện khi làm việc ở chế độ hãm tải sinh:
U − Eu k 0 − k 
Ih = u
=
0
R
R
Tốc độ quay của đọng cơ khi hãm
R
 = Ih.
+ 0
K
U
U .I
U . . I
Khi I u = 0   = 0 = dm = dm dm = dm dm dm
K  dm
M dm

Pdm

=

440.1000.79
= 125,51(rad / s);
29000.9,55

Ta có :
Ru = 0,05.Rdm = 0,05.
K  = K  dm =

U dm
440
= 0,05.
= 0,28();
I dm
79

Pdm
29000.9,55
=
= 3,5(T );
dm .I dm
1000.79

 tốc độ khi I h = −60(A) :
 = −60.

0, 28

+ 0 = 120,71(rad / s);
3,5

Bài 4: Động cơ khơng đồng bộ ba pha có thơng số Pđm = 22,5 kW; Uđm =
380V; nđm = 1460vg/ph; r1 = 0,2; r’2 = 0.24; x1 = 0,39; x’2 = 0,46.
Hãy xác định tốc độ động cơ  khi mô men phụ tải bằng định mức, trong
mạch rôto mắc thêm điện trở phụ đã quy đổi về stato là 1,2Ω; trong mạch
stato mắc thêm điện kháng X1f = 0,75

Tóm tắt:
18


Pđm = 22.5W
Uđm = 440V
R1 = 0.2
R2’=0,24
X1 = 0,39
X2’ = 0,46
Xác định  = ? khi Rf = 1,2 và mạch stator mắc thêm X1f = 0,75
Bài làm
Ta có phương trình đặc tính cơ:
M=

3.U12f .R2' 
2


R2' 
2

S .1.  R1 +  + X nm

S 



Trong đó U1 f =

380
= 220(V )
3

R2'  = r2' + r2' f = 0,24 + 1,2 = 1,44()
R1 = 0,2()
X nm = X 1 + X 2' + X u = 0,39 + 0,46 + 0,75 = 1,6()
M=

Pdm 22500
=
1
1

Thay vào (1) ta được :
22500

1

[

=

3.U12f .R2' 
2


1, 44 
S .1.  0, 2 +
+
1,6


S 



𝑆 = 3,095 > 1( 𝑙𝑜ạ𝑖)
𝑆 = 0,258 < 1( 𝑡ℎỏ𝑎 𝑚ã𝑛)

Ta có :

 = 1.(1 − s) =

1460.2
rad
.(1 − 0, 258) = 113, 45(
)
60
s
19

Vậy tốc độ động cơ:

 = 113, 45(

rad
)
s

Bài 5: Cho một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có các thơng số
sau:
Cơng suất định mức của động cơ: Pđm = 55 KW.
Áp dây định mức: Vđm = 660V / 380V – Y/. (Tần số nguồn điện f = 50 Hz).
Tốc độ định mức của động cơ : nđm = 980 vòng/phút.
Hiệu suất định mức là : đm = 93,5%.
Hệ số công suất lúc tải định mức: cosđm = 0,86.
Bội số dòng điện mở máy của động cơ là mI= 6.
Khi cấp nguồn áp 3 pha 380V (áp dây) vào động cơ, lúc mang tải định mức
xác định:
1. Tần số của rotor?
2. Dòng điện định mức cấp vào stator động cơ?
3. Công suất điện từ? Khi biết tổn hao ma sát cơ, quạt gió chiếm 15% tổng
tổn hao của động cơ; tổn hao thép chiếm 25% tổng tổn hao.
Bài làm
Ta có tốc độ của động cơ khi đồng bộ:
n 1=

60 f
60  50
=

= 1000(v / p );
p
3

 Hệ số trượt định mức của động cơ :

sdm =

n1 − ndm 1000 − 980
=
= 0,02;
n1
1000

 Tần số dòng điện rotor lúc tải định mức :

f 2 = sf1 = 0,02  50 = 1(hz);
20