Thiết kế chế tạo hệ thống chấp hành cho máy quấn biến áp tự động

i

LỜI NÓI ĐẦU
-----------

-----------

Trong công cuộc đổi mới đất nước, với mục tiêu chiến lược Công nghiệp hóa
- hiện đại hóa đất nước, nhằm đưa nền kinh tế phát triển với tốc độ cao nhằm sánh
vai cùng với các quốc gia phát triển trên thế giới, trong đó lĩnh vực tự động hóa
đóng vai trò rất quan trọng.
Cơ - Điện tử là ngành khoa học tổng hợp liên ngành của cơ khí chính xác,
điện tử, điều khiển và tư duy hệ thống trong thiết kế và phát triển sản phẩm. Đây là
ngành rất quan trọng và không thể thiếu trong sự phát triển của khoa học kỹ thuật
hiện đại.
Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ điều khiển kỹ thuật số và điều khiển bằng
máy tính vào trong các lĩnh vực công nghiệp đang trở nên ngày càng phổ biến đặc
biệt là việc ứng dụng các máy móc. Điều này dẫn đến việc nghiên cứu, thiết kế và
chế tạo các máy điều khiển số là một điều tất yếu trong công cuộc công nghệp hóa
hiện đại hóa đất nước.
Theo xu hướng đó, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công máy “Máy
Quấn Dây Biến Thế Tự Động”là một việc vô cùng cấp thiết, để từ đó có thể thực
hiện cải tiến các máy công cụ truyền thống vẫn còn đang tồn tại ở một số cơ sở sản
xuất trở thành máy quấn dây tự động với một giá thành chấp nhận được trong điều
kiện nền công nghiệp còn non kém như ở nước ta.
Từ những cơ sở trên, chúng em quyết định chọn mô hình máy “Quấn Dây
Biến Thế Tự Động” làm đề tài nghiên cứu.
Mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thiện hệ thống nhưng còn nhiều
khó khăn về tài chính cũng như kiến thức nên không tránh khỏi những thiếu sót.
Mong nhận được sự đóng góp của Quý thầy cô. Chúng em xin chân thành cảm ơn
thầy Vũ Thăng Long và các thầy trong bộ môn Cơ điện tử đã giúp đỡ trong suốt

thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp. Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn,
và kính chúc Quý thầy cô dồi dào sức khỏe.
Nha Trang, tháng 6 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Lê Hữu Bách


ii

MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................ i
MỤC LỤC.............................................................................................................. ii
DANH MỤC HÌNH .............................................................................................. iv
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN MÁY VỀ QUẤN DÂY BIẾN ÁP TỰ ĐỘNG ....... 1
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG ............................................................................... 2
1.1.1. Cấu tạo chung của máy quấn dây ......................................................... 3
1.1.2. Phương pháp phối hợp và điều khiển các cơ cấu trong máy quấn dây 3
1.2. SO SÁNH MÁY QUẤN DÂY BIẾN ÁP BẰNG TAY VÀ MÁY QUẤN
DÂY BIẾN ÁP TỰ ĐỘNG................................................................................ 3
1.3. SỰ CẦN THIẾT PHẢI TỰ ĐỘNG HÓA MÁY QUẤN DÂY................. 4
1.3.1. Nâng cao năng suất. ............................................................................. 4
1.3.2. Giảm chi phí nhân công ....................................................................... 4
1.3.3. Nâng cao chất lượng sản phẩm............................................................ 4
1.3.4. Rút ngắn thời gian sản xuất ................................................................. 5
1.3.5. Tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh, năng suất chất lượng ổn định 5
1.4. GIỚI THIỆU MỘT SỐ SẢN PHẨM MÁY QUẤN DÂY CÓ TRÊN THỊ
TRƯỜNG HIỆN NAY ....................................................................................... 5
1.4.1. Máy quấn dây tự động biến áp hình xuyến........................................... 5
1.4.2. Máy quấn động cơ biến áp BA-X250................................................... 8

1.4.3.Máy quấn dây biến áp RX13-5020 và RX15-3640 ............................. 10
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU..................... 12
2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................ 13
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................... 13
2.2.1. Các phương án thiết kế ...................................................................... 13
2.2.2. Thiết kế phần cơ khí cho máy quấn dây biến áp tự động ................... 18
2.2.3. Phân tích lựa chọn động cơ và trục vít me ......................................... 21


iii

2.2.4. Vật liệu chế tạo máy quấn dây biến áp tự động................................. 36
2.2.5. Thiết kế mạch điều khiển.................................................................... 42
2.2.6. Sơ đồ giải thuật. .................................................................................. 54
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ........................... 56
3.1. THỰC NGHIỆM VÀ KIỂM TRA KẾT CẤU CỦA MÁY QUẤN DÂY 57
3.2. THỰC NGHIỆM KIỂM TRA ĐỘNG CƠ................................................ 62
3.3. KIỂM TRA NGUỒN ................................................................................ 63
3.4. KIỂM TRA MẠCH ĐIỀU KHIỂN, CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH........... 63
3.5. THỰC NGHIỆM SẢN PHẨM ................................................................. 64
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ......................................................... 66
4.1. KẾT LUẬN ............................................................................................... 67
4.2. ĐỀ XUẤT.................................................................................................. 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 69
PHỤ LỤC............................................................................................................. 70


iv

DANH MỤC HÌNH

Trang
Hình 1.1. Máy quấn dây diện ......................................................................................2
Hình 1.2. Máy quấn dây AM3175 ..............................................................................2
Hình 1.3. Máy quân dây biến áp bằng tay ..................................................................3
Hình 1.4. Máy quấn dây tự động.................................................................................4
Hình 1.5.Máy quấn dây biến áp hình xuyến ...............................................................5
Hình 1.6.Máy quấn dây động cơ biến áp BA-X250 ...................................................9
Hình 1.7.Máy quấn dây RX13-5020 .........................................................................10
Hình 2.1. Mô hình máy quấn dây phương án 1 ........................................................14
Hình 2.2. Mô hình máy quấn dây biến áp2 (mặt trước)............................................15
Hình 2.3. Mô hình máy quấn dây biến áp2(mặt đặt ngang)......................................15
Hình 2.4. Mô hình máy quấn dây biến áp3(mặt trước).............................................16
Hình 2.5. Mô hình máy quấn dây biến áp(mặt nhìn từ trên xuống...........................17
Hình 2.6. Bản vẽ chế tạo của khung máy quấn dây ..................................................18
Hình 2.7. Khung máy quấn dây ................................................................................18
Hình 2.8. Khung bên máy quấn dây biến áp. ............................................................19
Hình 2.9. Khung ngang máy quấn dây biến áp.........................................................19
Hình 2.10. Bản vẽ trục vitme dẫn hướng ..................................................................19
Hình 2.11. Cơ cấu căng dây ......................................................................................20
Hình 2.12. Cơ cấu hộp giảm tốc................................................................................20
Hình 2.13. Cơ cấu rải dây .........................................................................................21
Hình 2.14. Động cơ bước .........................................................................................22
Hình 2.15. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động động cơ bước nam châm vĩnh cửu ......23
Hình 2.16. Sơ đồ cấu trúc động cơ bước nam châm vĩnh cửu 2 pha ........................24
Hình 2.17. Động cơ bước biến từ trở ba pha, bốn cặp cực .......................................25
Hình 2.18. Cấu trúc trong động cơ lai.......................................................................27
Hình 2.19. Cách quấn dây trong động cơ lai.............................................................27


v

Hình 2.20. Kết cấu thực tế của động cơ lai ...............................................................27
Hình 2.21. Đồ thị quan hệ giữa momen – tần số bước. ............................................29
Hình 2.22. Là giản đồ thời gian khi điều khiển theo hai cách .................................31
Hình 2.23. Một số loại động một chiều DC ..............................................................31
Hình 2.24. Một số loại trục vít_đai ốc ......................................................................32
Hình 2.25. Bộ truyền trục vít_đai ốc.........................................................................32
Hình 2.26. Trục vít ren hình thang............................................................................33
Hình 2.27. Trục vít ren hình chữ nhật .......................................................................33
Hình 2.28. Trục vít ren hình răng cưa .......................................................................33
Hình 2.29. Kết cấu vít me – đai ốc bi chuyên dùng..................................................35
Hình 2.30. Bộ truyền trục vít_đai ốc bi....................................................................36
Hình 2.31. Thép V.....................................................................................................37
Hình 2.32. Que hàn ...................................................................................................38
Hình 2.33. Các loại bulông – đai ốc..........................................................................38
Hình 2.34. Kết cấu ổ lăn............................................................................................39
Hình 2.35. Một số loại ổ lăn......................................................................................40
Hình 2.36. Một số loại bánh răng..............................................................................40
Hình 2.37. Mô hình mặt trước của sản phẩm............................................................41
Hình 2.38. Mô hình mặt sau của sản phẩm ...............................................................41
Hình 2.39. Hình dạng bên ngoài của ATEMEGA32 ................................................44
Hình 2.40. Sơ đồ chân của ATEMEGA 32...............................................................44
Hình 2.41. Sơ đồ khối Atemega32............................................................................45
Hình 2.42. Nguồn máy tính.......................................................................................47
Hình 2.43. Sơ đồ nguyên lý khối nguồn ...................................................................47
Hình 2.44. Nguồn nối giữa nguồn máy tính với mạch công suất .............................48
Hình 2.45. Sơ đồ khối hiển thị LCD ........................................................................49
Hình 2.46. Hình LCD 16x2.......................................................................................49
Hình 2.47. Linh kiện OPTO......................................................................................50
Hình 2.48. Linh kiện IRF540 ....................................................................................50

vi

Hình 2.49. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước 1(động cơ quấn).........................51
Hình 2.50. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước 2(trục vitme)...............................51
Hình 2.51. Sơ đồ mạch layout...................................................................................52
Hình 2.52. Mạch điều khiển......................................................................................53
Hình 2.53. Sơ đồ bàn phím .......................................................................................53
Hình 2.54. Lưu đồ giải thuật điều khiển phối hợp hai động cơ ................................54
Hình 2.55. Lưu đồ giải thuật điều khiển phối hợp hai động cơ ................................55
Hình 3.1. Hình ảnh mặt trước máy quấn dây biến áp tự động ..................................57
Hình 3.2. Hình ảnh mặt sau máy quấn dây biến áp tự động ....................................57
Hình 3.3. Cơ cấu trục vítme – đai ốc bi ....................................................................58
Hình 3.4. Cơ cấu căng dây và rải dây ......................................................................58
Hình 3.5. Cơ cấu truyền động xích và bánh răng......................................................58
Hình 3.6. Cơ cấu đảm bảo độ cân bằng của phần rải dây .........................................59
Hình 3.7. Cơ cấu hộp giảm tốc..................................................................................59
Hình 3.8. Cơ cấu trục quấn và bộ phận đảm bảo độ đồng tâm .................................60
Hình 3.9. Cơ cấu bulong đai ốc.................................................................................60
Hình 3.10. Hệ thống dây điện và mạch điện .............................................................61
Hình 3.11. Bộ phận đặt cuộn dây đồng.....................................................................61
Hình 3.12. Bộ phận thiết lập thông số và hiển thị.....................................................62
Hình 3.13. Kiểm tra nguồn cho vi điều khiển ...........................................................63
Hình 3.14 Sơ đồ kết nối dây điện..............................................................................64
Hình 3.15. Sản phẩm biến áp quấn có chiều dài 4.7 cm ...........................................64
Hình 3.15. Sản phẩm biến áp quấn có chiều dài 4 cm ..............................................65


1

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN MÁY VỀ QUẤN
DÂY BIẾN ÁP TỰ ĐỘNG


2

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Máy quấn dây có nhiều chủng loại khác nhau, nếu phân loại theo chức năng
ta có các loại máy điển hình sau: Máy quấn dây cáp điện, máy quấn dây hàn (như
dây chuyền H8A-VD, W49-VD ở nhà máy que hàn Việt Đức), máy quấn dây máy
điện quay, máy quấn dây biến áp.

Hình 1.1. Máy quấn dây diện

Hình 1.2. Máy quấn dây AM3175


3

1.1.1. Cấu tạo chung của máy quấn dây
Một máy quấn dây có thể chia làm những phần chính sau: phần cơ khí, phần
điều khiển tự động, phần động cơ.
+ Phần cơ khí gồm: Cơ cấu quấn dây, Cơ cấu rải dây, Cơ cấu nhả dây…v.v..
+ Phần động cơ điện: Động cơ quấn dây, Động cơ rải dây.
+ Phần điều khiển: Bàn phím giao tiếp, màn hình hiển thị, bộ xử lý trung tâm
điều khiển: gồm có Card vi điều khiển có cài đặt chương trình điều khiển và giao
diện giao sát, đo lường trên máy tính hoặc màn hình hiển thị, hệ thống này có chứ

năng cài đặt các thông số và giám sát quá trình hoạt động của máy quấn dây.
1.1.2. Phương pháp phối hợp và điều khiển các cơ cấu trong máy quấn dây
Để quấn dây đều, đẹp, không bị đứt ta phải phối hợp việc điều khiển tốc độ
động cơ rải dây và động cơ quấn dây. Nếu tốc độ động cơ quấn chạy với tốc độ
nhanh thì động cơ rải dây cũng phải nhanh. Việc rải dây này diển ra liên tục trong
một vòng quấn dây. Còn để dây quấn không bị đứt nhưng vẩn đảm bảo độ căng cần
thiết thì ta phải có cơ cấu tạo độ căng dây. Như vậy các động cơ này phải có sự ràng
buộc lẩn nhau, dưới sự giám sát của bộ điều khiển trung tâm thông qua vi xử lý.
1.2. SO SÁNH MÁY QUẤN DÂY BIẾN ÁP BẰNG TAY VÀ MÁY QUẤN
DÂY BIẾN ÁP TỰ ĐỘNG
Đối với máy quấn biến áp truyền thống là phải sử dụng tay để. Việc quấn và
điều chỉnh hoàn toàn là do con người thực hiện, gây lãng phí một khoảng thời gian,
thêm vào đó là sự liên kết giữa các lớp dây không được chắc chắn, gây ra hiện
tượng oxy hóa lớp dây đồng được quấn do tiếp xúc nhiều với tay chân người làm ra
nó, số sản phẩm tạo ra trong một đơn vị thời gian nhỏ, kém kinh tế.

Hình 1.3. Máy quân dây biến áp bằng tay


4

Hình 1.4. Máy quấn dây tự động
Nhưng ngược lại, máy quấn biến áp tự động là một khác biệt to lớn đó là: Con
người chỉ cần nhập các thông số như loại biến áp hoặc số vòng cần quấn…. Việc
quấn và điều khiển hoàn toàn tự động không có sự can thiệp của của con người,
việc duy nhất là gá lõi biến áp vào đúng vị trí yêu cầu, hệ thống sẽ tự động quấn và
điều chỉnh đúng các thông số kĩ thuật. Số sản phẩm tạo ra lớn hơn gấp nhiều lần so
với phương pháp thủ công. Mang lại hiệu quả kinh tế cao.
1.3. SỰ CẦN THIẾT PHẢI TỰ ĐỘNG HÓA MÁY QUẤN DÂY
1.3.1. Nâng cao năng suất

Tự động hóa các quá trình sản xuất hứa hẹn việc nâng cao năng suất lao động.
Điều này có nghĩa tổng sản phẩm đầu ra đạt năng suất cao hơn so với hoạt động
bằng tay tương ứng.
1.3.2. Giảm chi phí nhân công
Xu hướng trong xã hội công nghiệp của thế giới là chi phí cho công nhân
không ngừng tăng lên. Kết quả là đầu tư cao lên trong các thiết bị tự động hoá đã
trở nên kinh tế hơn để có thể thay đổi chân tay. Chi phí cao của lao động đang ép
các nhà lãnh đạo doanh nghiệp thay thế con người bằng máy móc. Bởi vì máy móc
có thể sản xuất ở mức cao, việc sử dụng tự động hoá đã làm cho chi phí trên một
đơn vị sản phẩm thấp hơn.
1.3.3. Nâng cao chất lượng sản phẩm
Các hoạt động tự động hoá không chỉ sản xuất với tốc độ nhanh hơn so với
làm bằng tay mà còn sản xuất với sự đồng nhất cao hơn và sự chính xác đối với các
tiêu chuẩn chất lượng.


5

1.3.4. Rút ngắn thời gian sản xuất
Tự động hoá cho phép nhà sản xuất rút ngắn thời gian giữa việc đặt hàng của
khách hàng và thời gian giao sản phẩm. Điều này tạo cho người có ưu thế cạnh
tranh trong việc tăng cường dịch vụ khách hàng tốt hơn.
1.3.5. Tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh, năng suất chất lượng ổn định
Đầu tư vào các dây chuyền tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh hơn so với
việc đầu tư đào tạo con người. Đồng thời năng suất, chất lượng sản phẩm ổn định.
1.4. GIỚI THIỆU MỘT SỐ SẢN PHẨM MÁY QUẤN DÂY CÓ TRÊN THỊ
TRƯỜNG HIỆN NAY
Máy quấn biến áp tự động được thiết kế dựa trên những ý tưởng khác nhau,
chính vì lý do nay máy quấn biến áp tự động có nhiều kết cấu khác nhau.
1.4.1. Máy quấn dây tự động biến áp hình xuyến

Thiết bị tự động quấn dây điện từ trực tiếp vào lõi biến áp hình xuyến mang
lại hiệu quả kinh tế xã hội cao, đồng thời có khả năng áp dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực. Đây là sản phẩm thiết bị được nghiên cứu thiết kế, chế tạo hoàn toàn mới
tại Việt Nam, thiết bị này ra đời đã thay thế hoàn toàn thiết bị nhập khẩu với giá
thành chỉ bằng 50% - 60% giá máy nhập ngoại. Công trình do kỹ sư Kỳ Thiết Bảo,
Giám đốc công ty TNHH sản xuất thương mại dịch vụ Thiết Bảo (Quận Gò Vấp –
TP Hồ Chí Minh) thiết kế, chế tạo.

Hình 1.5.Máy quấn dây biến áp hình xuyến


6

Biến áp hình xuyến có những tính năng đặc biệt như: Mạch từ được chế tạo
bằng quấn tròn giải lá tôn liên tục hoặc đúc liền khối bằng ferit. Do mạch từ kín
không mối ghép nên không phát sinh từ thông tản, tiếng ù, nhiễu điện từ tới các linh
kiện điện tử bố trí gần. Biến áp hình xuyến có hiệu suất sử dụng cao hơn biến áp trụ
lõi chữ E-I từ 10% đến 15%. Biến áp hình xuyến được ứng dụng trong nhiều thiết bị
máy móc công nghiệp và dân dụng như: Biến áp tự động ổn áp, biến áp tự ngẫu,
biến áp công tắc đo dòng, biến áp nguồn.v.v…
Thời gian qua, trong nước đã có một số nhà kỹ thuật nghiên cứu chế tạo,
nhưng còn mang tính chắp vá, chưa phải là sản phẩm công nghiệp. Các tính năng kỹ
thuật vẫn còn thấp so với máy nhập ngoại, cụ thể: Phần điện điều khiển sử đụng
mạch rơ le, không thể tự động hóa linh hoạt. Động cơ quấn chỉ chạy 1 tốc độ chưa
có giải pháp điều khiển, thay đổi tốc độ quấn bằng cách chuyển đổi tầng pu ly - đai
truyền động. Thiết kế nguyên lý kết cấu truyền động quá thô sơ đơn giản. Các chi
tiết quan trọng chính của máy như: Vành răng, bánh răng, vành chứa dây được thiết
kế chế tạo chưa hợp lý, chủ yếu là chắp nhặt tận đụng các chi tiết cũ. Truyền động
rải xếp lớp dây có thao tác bằng tay tốn nhiều công, nhưng lớp dây vẫn không đều.
Kết cấu vành quấn và vành nạp dây đóng mở bằng cách tháo rời mảnh nới, thao tác

rất khó khăn tốn nhiều thời gian.
Như vậy với kết cấu máy như trên chỉ giải quyết được phần nào thao tác
quấn và luồn dây. Còn việc điều chỉnh tốcđộ quấn vô cấp và tự động rải dây xếp lớp
đều theo nguyên tắc truyền động bánh thì vẫn chưa giải quyết được. Đồng thời
không thể quấn được các loại biến áp có đường kính dây dưới 0.5mmvà đường kính
lỗ trong lõi dưới 40mm. Nhập khẩu máy từ nước ngoài là việc khó khăn đối với
doanh nghiệp vừa và nhỏ do phải đầu tư kinh phí tương đối lớn. Ví dụ: Máy do Đài
Loan sản xuất có giá 13.500USD, máy do CHLB Đức sản xuất có giá 30.000USD.
Trên thị trường điện - điện tử hiện nay, nhu cầu cần cung cấp rất nhiều loại
biến áp hình xuyến khác nhau, tùy theo công suất và đặc tính sử dụng. Để đáp ứng
việc chế tạo được tất cả các dạng biến áp trên, nhóm kỹ sư đã tiến hành nghiên cứu
thiết kế chế tạo hệ thống 5 thiết bị tự động quấn khác nhau, mỗi thiết bị có thể thực


7

hiện quấn được một giải kích thước kết cấu lõi mạch từ. Với 5 loại thiết bị này, có
thể quấn được hầu hết các loại lõi biến áp hình xuyến đang có mặt trên thị trường
hiện nay. Các cải tiến kỹ thuật chung các thiết bị trên gồm: Thay kết cấu vành răng
phải tháo lắp mảnh răng ghép bằng vành răng hở miệng: Làm cho động tác tháo lắp
lõi biến áp trở nên đơn giản và nhanh. Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo và
chọn vật liệu hợp lý để xử lý hiện tượng giãn hoặc co vành răng khi cắt mở miệng.
Cải tiến hệ thống truyền động quay vành răng từ 2 bánh răng bằng bộ truyền động 7
bánh răng có cơ cấu vi chỉnh ăn khớp, làm cho hệ thống truyền động êm, lực kéo
vành giãn đều, tăng độ bền vành răng.Vành răng quay trượt trên vành trượt đồng
thau thay thế cho bộ 5 con lăn trợ lực cho vành răng kém và phát tiếng kêu ồn khi
máy chạy tốc độ cao. Bộ truyền động rải được thay thế cơ cấu rải quay tay bằng bộ
truyền động từ động cơ bước (steping moter), thông cơ cấu hộp số và bộ điện điều
khiển theo chương trình tạo ra chuyển động bám với chuyển động quấn theo trị số
bước dây đã cài đặt.

Truyền động quấn sử dụng bộ biến tần (inverter) có thể điều chỉnh tốc độ
quấn vô cấp và momen linh hoạt trong quá trình quấn.Vành chứa dây được thiết kế
mở miệng bằng khớp bản lề, khóa gài tự động, kết cấu này làm cho vành cứng cáp
vững vàng, thao tác nhanh thay hơn trước đây dùng vành kết cấu mảnh tháo rời.
Vành chứa dây là chi tiết khó chế tạo, vì vậy phải thiết kế quy trình công nghệ chế
tạo và chọn vật liệu hợp lý để xử lý hiện tượng giãn hoặc co vành khi cắt mở miệng
bằng tia lửa điện. Ứng dụng vi điều khiển. Viết phần mềm và thiết chế tạo bản mạch
điện tử cho hệ thống tự động điều khiển theo chương trình. Máy có thể hoạt động tự
động theo chương trình cài đặt. Bộ nhớ của máy có thể nhớ được 31 chương trình
chính của 31 loại biến áp khác nhau, mỗi chương trình chính chứa 31 chương trình
phụ là thông số 31 đầu ra của 1 loại biến áp.
Việc ứng dụng vi điều khiển vào sẽ giúp máy làm việc chính xác tin cậy,
thay đổi hoặc chuyển thông số nhanh. Sản phẩm biến áp làm ra đẹp, ổn định, năng
suất cao. Thiết kế tổng thể, tạo dáng và mỹ thuật công nghiệp. Toàn bộ quá trình
thiết kế tổng thể, chi tiết, tạo dáng và hoạt động mô phỏng thực hiện trên phần mềm


8

chuyên dụng, vì vậy, có thể lựa chọn nhanh chóng các phương án kết cấu hình dáng
hợp trên máy tính. Đồng thời, ứng dụng các công nghệ mới nhập khẩu để thiết kế,
chế tạo đề can, bảng điện điều khiển tạo nên một thiết bị có hình thức kiểu dáng
công nghệ cao, hiện đại. Hiệu quả kinh tế xã hội và khả năng áp dụng đây là sản
phẩm thiết bị được nghiên cứu thiết kế, chế tạo hoàn toàn mới tại Việt Nam, thiết bị
này ra đời đã thay thế hoàn toàn thiết bị nhập khẩu với giá thành chỉ bằng 50% 60% giá máy nhập ngoại. Tiết kiệm một khoản đầu tư thiết bị không nhỏ cho các
doanh nghiệp.
Thiết bị này là một phần trong dây chuyền công nghệ chế tạo biến áp đã
được triển khai ứng dụng hầu hết các cơ sở nhà máy chế tạo biến áp trong nước,
như Trung tâm thí nghiệm điện - TP Hồ Chí Minh; Công ty TNHH điện máy công
nghiệp Việt Đức - Hà Nội; Nhà máy Hải quân X56 – Hải Phòng; Công ty TNHH

Chế tạo máy biến áp MiBa – Hưng Yên… Qua việc thành công chế tạo ứng dụng
thiết bị tự động quấn đây, chúng ta đã tích lũy học hỏi được không ít kiến thức
chuyên môn, đồng thời đã tập hợp đào tạo được một đội ngũ cán bộ công nhân kỹ
thuật cớ kinh nghiệm và tay nghề cao trong ngành cơ điện tử - tự động hóa, một
ngành đang được Nhà nước ưu tiên hỗ trợ phát triển.
1.4.2. Máy quấn động cơ biến áp BA-X250
Máy quấn dây động cơ biến áp BA-X250 do công ty Cơ điện tử Đại Thanh
sản xuất sử dụng động cơ 3 pha 220V, công suất động cơ 1, 5KW. Được cấp nguồn
220V-3 pha có tần số 50-60Hz nên có vận tốc quay và mômen quấn lớn và có thể
điều chỉnh vô cấp bằng hai biến tần 2KW, do đó có thể thay đổi tốc độ quấn dây
phù hợp với kích thước đường kính của từng lỏi biến áp. Bên cạnh đó với việc sử
dụng động cơ sevo DC 220W giúp cho hành trình rải dây được điều chỉnh hợp lý
phù hợp với từng lỏi biến thế áp và khả năng truyền động bám chính xác. Loại máy
này có bước rải thay đổi tương đối nhỏ từ 0 đến 10mm do đó có thể quấn được các
lỏi dây biến áp có đường kính rất nhỏ từ 0.01-2.0mm mà vẩn đảm bảo độ chính xác
và có hành trình lên đến 320mm.


9

Hình 1.6.Máy quấn dây động cơ biến áp BA-X250
Bảng 1.1: Thông số của máy quấn dây BA-X250.
Nguồn cấp:

AC 220V-50 / 60 HZ

Motor quấn :

AC 3PHA 1.5W

Động cơ rải:

Servo Motor

Bước rải:

0.01-9.99mm

Bộ nhớ chương trình:

4000

Đường kính dây quấn:

Ø 0.01-2.0 mm

Tốc độ quấn.

0 – 2500 /5000

Hành trình :

0-10mm

Đường kính lỏi :

150mm

Trọng lượng:

145 Kgs

Kích thước:

400(W)*350(L)*320(H)mm

Ưu điểm:
Có thể điều khiển tốc độ vô cấp phù hợp với mục đích và phương pháp
điều khiển.


10

Có khả năng truyền động và bám chính xác.
Có hành trình rải tương đối lớn.
1.4.3.Máy quấn dây biến áp RX13-5020 và RX15-3640
Loại máy này thuộc máy cuốn dây chế độ nối tiếp tự động kiểu nằm, phù hợp
với các công việc cuộn dây của cuộn dây stato động cơ dòng điện xoay chiều, dòng
điện một chiều và các cuộn dây cảm ứng điện. Loại này được điều khiển bằng máy
tính, bảng mạch và một động cơ bước tự động hoàn thành các khâu vận hành như
thiết lập chế độ dừng, đệm và khoảng cách nhảy chính xác lớp đệm thông qua bảng
điều khiển tùy ý các thông số như đường kính dây, số vòng dây, khoảng cắt nhau và
khoảng cách nhảy.v.v theo yêu cầu.

Hình 1.7.Máy quấn dây RX13-5020


11

Bảng1.2: Thông số của máy RX13-5020 và RX15-3640

Thông số

RX13-5020

RX15-3640

2000rpm

600rpm

0.15-1.2mm

0.15-1.2mm

Đường kính ứng biến lớn nhất của
khuôn dập

200mm

400mm

Độ chính xác của khâu đếm vòng

±0.5vòng

±0.5vòng

0-9999vòng

0-9999vòng

500mm

360mm

1 pha220V50Hz

1 pha220V50Hz

1.5Kw

1.5Kw

0.6-1MPa

0.6-1MPa

550kg

800kg

1700*1700*1300

1700mm*1700mm*1500

mm

mm

Tốc độ cuốn tối đa

Đường kính dây phù hợp

Tổng số vòng lũy kế
Độ dài thực của trục chế độ nối tiếp
Nguồn điện
Công suất
Áp suất không khí
Trọng lượng
Kích thước ngoài hình (Dài
*Rộng*Cao)


12

CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI
DUNG NGHIÊN CỨU


13

2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu và chế tạo máy quấn dây biến áp tự động dựa những
mô hình đã có sẵn trong thực tế và dựa vào tính toán và thiết kế, thực nghiệm. Cụ
thể như sau:
+ Phân tích các yếu tố chuyển động của máy quấn dây, các yếu tố gồm có:
ma sát, chuyển động, cơ cấu trượt, tính ổn định, độ cứng vững…từ đó thiết kế và
chế tạo máy quấn dây biến áp.
+ Phân tích và đưa ra những phương án thiết kế, chế tạo hệ thống cơ khí, thiết

kế mạch điều khiển cho phù hợp với hệ thống cơ khí. Nêu cụ thể ưu, nhược điểm
của từng phương án thiết kế từ đó tổng hợp lại và lựa chọn phương án thiết kế tối
ưu nhất. Sau khi lựa chọn được phương án thiết kế, sẽ tiến hành thiết kế kỹ thuật
bao gồm: lựa chọn loại trục vít – đai ốc, ổ lăn, thép, bulông – đai ốc, động cơ truyền
động, tính toán độ bền, lựa chọn phương pháp điều khiển, tiến hành làm mạch điều
khiển và viết chương trình điều khiển cho hệ thống Máy quấn dây Biến áp Tự
Động.
+ Thực nghiệm, kiểm tra và chế tạo hệ thống máy quấn dây Biến áp Tự Động.
Phần cơ khí phải hoạt động ổn định, êm, độ cứng vững cao, đảm bảo độ chính xác
cao, linh hoạt trong quá trình sửa chữa lắp ráp khi hư hỏng, mạch điều khiển phải
hoạt động ổn định và đồng nhất với phần cơ khí.
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.2.1. Các phương án thiết kế
2.2.1.1. Phương án 1


14

Hệ thống buli
căng dây 3

Động cơ
quấn 5

Trục
căng
dây 2

Cuộn
chạy tự

động 1

Động cơ
rải dây 4

Hộp điều
khiển 6

Hình 2.1. Mô hình máy quấn dây phương án 1
Hoạt động: Cuộn dây đồng dùng để quấn dây biến áp được đặt ở cuộn chạy tự
động 1, ở trục căng dây 2 sau đó dây đồng sẻ được đi qua hệ thống các buli 3 mục
đích căng dây để khi động cơ quấn chạy không bi sai lệch. Bên cạnh đó động cơ rải
dây 4 thực hiện những bước dịch để các lớp dây không bị chồng chéo và ăn khít với
vòng dây trước. Động cơ quấn 5 thực hiện công việc quấn dây biến áp. Các thông
số như số lớp, số vòng dây quấn, đường kính lỏi biến áp cần quần, chiều dài trục
biến áp cần quấn.v.v. được đặt trực tiếp thông qua hộp điều khiển 6. Khi thực hiện
quấn thì các thông số được hiển thị trên Lcd. Đồng thời có hệ thộng ngắt tự động
khi lỏi dây quấn bị đứt.
Ưu điểm:
Kết cấu cơ khí đơn giản, gọn nhẹ.
Các thông số được được nhấp tự động.
Có hệ thống ngắt tự động khi xảy ra sự cố đứt lỏi dây biến áp.
Nhược điểm:
Ít có tính thẩm mỹ.


15

Không thể canh, chỉnh độ đồng tâm của loại biến áp cần quấn với trục
động cơ quấn.

Gây ra chồng lớp hoặc mất vòng khi quấn.
Chưa đáp ứng yêu cầu đảm bảo độ căng dây.
2.2.1.2. Phương án 2
Buli căng
dây 1
Động cơ
bước rải
dây

Động cơ
Dc quấn
dây

Hình 2.2. Mô hình máy quấn dây biến áp2 (mặt trước)

Trục rải dây

Trục căng
dây

Bộ điều
khiển
Buli căng
dây 2, 3, 4

Khối trụ để
lỏi dây
đồng

Hình 2.3. Mô hình máy quấn dây biến áp2(mặt đặt ngang)

16

Hoạt động: Cuộn dây chứa lỏi biến áp cần quấn đặt ở khối trụ để dây đồng. .Lỏi
dây đồng được lên trục căng dây và đi qua qua các buli 1, 2, 3, 4 và sau đó được
đưa đến trục rải dây, ở đây trục rải dây có thể dịch chuyển qua lại nhằm thực hiện
bước rải, trục rải dây chạy trượt trên trục vít me, trục vít me được nối với động cơ
bước để điểu khiển vận tốc dịch phù hợp với từng loại dây, sau đó được nối với
cuộn biến áp cần quấn. Biến áp cần quấn được đặt trên trục có gắn động cơ DC để
thực hiện nhiệm vụ quấn.
Ưu điểm:
Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ.
Hệ thống được điều khiển tự động có thể cài đặt trực tiếp các
thông số cho máy như:tốc độ quay, số vòng quấn, số lớp quấn.
Có thể thực hiện quấn hai biến áp cùng kích thước một lúc.
Nhược điểm:
Không có trục chống tâm nên dễ xảy ra hiện tượng lệch tâm gây
sai lệch vòng dây khi quấn.
Không có hệ thống ngắt tự động khi gặp sự cố đứt lỏi dây biến áp
cần quấn.
Đòi hỏi mômen quấn lớn.
2.2.1.3. Phương án 3
Hộp giảm
tốc

Trục quấn
dây
Trục rải dây

Bàn phím và
Lcd hiển thị

Hình 2.4. Mô hình máy quấn dây biến áp3(mặt trước)


17

Động cơ
bước rải
dây

Thanh đặt
cuộn dây
đồng
Hệ thống
buli căng
dây

Hình 2.5. Mô hình máy quấn dây biến áp(mặt nhìn từ trên xuống.
Hoạt động: Cuộn dây chứa lỏi biến áp cần quấn được đặt ở thanh trục nằm ngang,
sau đó lỏi dây được đi qua các buli rồi nối trực tiếp vào trục quấn có vỏ biến áp cần
quấn. Ở đây trục rải dùng động cơ bước thông qua truyền động xích và các bánh
răng ăn khớp để thực hiện công việc dịch và rải lỏi dây cần quấn. Động cơ quấn
dùng động cơ bước thông qua bộ truyền động xích ăn khớp với các bánh răng.
Ưu điểm:
Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ.
Có giao diện và kết cấu thuận tiện cho người dùng như: sử dụng bàn
phím để thiết lập các thông số và hiển thị kết quả trên Lcd.
Có thể thực hiện quấn 2 biến áp cùng kích thước một lúc.

Có tính thẩm mỹ cao.
Tương đối dễ dàng trong quá trình chế tạo.
Dễ điều khiển, linh động.
Dễ dàng tháo lắp và bảo dưỡng.
Nhược điểm:
Mômen của quấn sẻ giảm đi qua bộ truyền động bánh răng ăn khớp.
Không có hế thống ngắt tự động khi xảy ra hiện tượng đứt dây khi quấn.


18

Phải cần có cơ cấu tăng giảm độ chùng của xích.
Không có bộ phân canh, chỉnh độ đồng tâm của trục chứa vỏ biến thế cần
quấn.
2.2.1.4. Kết luận
Theo ưu và nhược điểm của các phương án trên. Phương án 3 là phương án
được khắc phục từ nhược điểm của phương án 1 và 2. Phương án 3 là phương án
được lựa chọn và thiết kế trong đồ án này của chúng em.
2.2.2. Thiết kế phần cơ khí cho máy quấn dây biến áp tự động
2.2.2.1. Các khung chính của máy quấn dây biến áp tự động
Khung dưới: Cố định.

Hình 2.6. Bản vẽ chế tạo của khung máy quấn dây

Hình 2.7. Khung máy quấn dây


19

Hình 2.8. Khung bên máy quấn dây biến áp.

Hình 2.9. Khung ngang máy quấn dây biến áp
2.2.2.2. Trục dẫn hướng

Hình 2.10. Bản vẽ trục vitme dẫn hướng
Trục dẩn hướng của đồ án là trục vitme có bước ren là 4mm, chiều dài trục là
800mm.