(Đề tài NCKH) nghiên cứu, thiết kế, chế tạo valy thí nghiệm truyền động điện cơ bản

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

SKC005534

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2014


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


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


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


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


T2014-92

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
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 mơn Cơng nghệ chế tạo máy, Khoa Cơ Khí
Máy, trƣờng Đại học SPKT Tp.HCM.
Trƣởng Đơn vị
(ký, họ và tên)

Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)

Trang 3

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 :
6.

The Laboratory Electric Equipment Suitcase.
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


T2014-92

PHẦN I : MỞ ĐẦU
I.

Tổng quan tình hình nghiên cứu

1.

Ngồi nƣớc :

Hiện nay, nền công nghiệp trên thế giới ứng dụng tự động hóa hồn tồn 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 cơng tác giảng dạy, nghiên cứu,..
có tính trực quan, tƣơng tác và thân thiện với ngƣời sử dụng. Do đó, sinh viên khơng
mất q nhiều thời gian có mặt trên lớp hoặc tại phịng 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 mơn học lý thuyết. Cịn những mơn học chun ngành, mang tính thực
tế, trải nghiệm thực tiễn thì cần phải có thêm nhiều thiết bị mơ phỏng, thực nghiệm,…
đủ đáp ứng. Hiện nay, q trình thí nghiệm mơn 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 cơng nghiệp - phịng 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 Cơng
Nghiệp.
III.

Mục tiêu đề tài :
-

Valy thí nghiệm Truyền động điện.

Trang 5


T2014-92
IV. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu :
- Đối tƣợng nghiên cứu : các loại khí cụ điện thơng 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


T2014-92

PHẦN II : NỘI DUNG
CHƢƠNG I : GIỚI THIỆU MỘT SỐ KHÍ CỤ ĐIỆN
2.2.1 CÁC PHẦN TỬ BẢO VỆ
1.
a.

Cầu chì

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 dịng 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 trịn hoặc bằng các lá chì, k m, hợp kim chì-thiết, nhơm
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 dịng 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 dịng 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


T2014-92

Thơng 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 tồn giống nhau :
Cầu chì tác động theo ngun 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 dịng 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, thơng diện ra vít bắt dây 7, đầu kia tì vào tiếp điểm 8, thơng điện
ra vít bắt dây 9 qua ren xoáy kim loại. Dây chảy thƣờng đƣợc chế tạo s n với các dịng
định mức: 3,6,10,15,20,25,30,40,60,100A . Nắp xốy 4 có miến mica 10 trong suốt để
quan sát dây chảy có bị n đứt hay khơng vì khi đó cát t ống 1 bắn vào.

Trang 8


T2014-92

Hình

c.

Một số hình ảnh cầu chì

Các loại cầu chì

Cầu chì tự rơi

Trang 9


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 q
tải.Rờle nhiệt có dịng 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 dịng phụ tải nào đó thì địn 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

T2014-92
c.

Một số hình ảnh relay nhiệt

2.2.2 CÁC PHẦN TỬ ĐĨNG CẮT CĨ TIẾP ĐIỂM
1.

Cơng tắc

a.

Ký hiệu và khái niệm

Ký hiệu trong mạch điện :

Cơng tắc là khí cụ đóng-cắt mạch điện hạ áp bằng tay hoặc tác động cơ khí.
Cơng tắc có loại hở, loại kín, có loại d ng để đóng-cắt trực tiếp mạch chiếu sáng hay
mạch động lực cơng suất nhỏ, có loại chỉ d ng trong mạch điều khiển.

Trang 11


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 khơng 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 ngun tắc cơ
khí khác nhau: có loại d ng lẫy, có loại d ng lị xo…
c.

Cơng tắc hành trình.

Cơng 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 tồn cho một chuyển động ở cuối hành trình.

Trang 12


T2014-92

d.

Một số hình ảnh về cơng tắc

Các loại cơng tắc hành trình

Các loại cơng tắc thƣờng
Trang 13


T2014-92
2.

Nút nhấn

a. Ký hiệu và khái niệm

Ký hiệu :

a. Nút nhấn

b. Nút nhấn

thƣờng mở

thƣờng đóng

c. Nút nhấn

kp

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, phịng n . . . và có loại
có cả đ n báo để báo trạng thái của nút ấn .
b.

Phân loại

1

1

2
2

3
Hình a

3
Hình b

Hình c

Hình a là nút ấn thƣờng mở. Khi nút bị ấn thì mạch thơng. Khi thơi 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

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 dịng điện tới vài trăm, vài nghìn ampe.Cơng tắc tơ có loại một
chiều và có loại xoay chiều.
b.

Cấu tạo

Phần chính của một cơng tắc tơ là cuộn nam châm điện K (Coil) (hình v ) và hệ
thống các tiếp điểm. Khi cuộn K khơng có điện, lị 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


T2014-92

đóng tiếp điểm điều khiển 2. Các tiếp điểm 1, a, b, c là các tiếp điểm thƣờng mở (hở
khi K khơng có điện)-NO, tiếp điểm 2 là tiếp điểm thƣờng đóng ( kín khi K khơng có
điện)-NC. Khi cấp điện cho cuộn K, l i e bị hút , n n lị 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 dịng điện đi qua tiếp điểm chính trong chế

độ làm việc gián đoạn-lâu dài, ngh a là ở chế độ này thời gian cơng tắc tơ ở
trạng thái đóng khơng q 8 giờ. Cơng tắc tơ hạ áp có các cấp dịng thơng
dụng : 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300, 600 (A). Nếu đặt công tắc tơ
trong tủ điện thì dịng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% vì làm mát k m, khi
làm việc dài hạn thì chọn dịng điện định mức nhỏ hơn nữa.
- Khả năng cắt và khả năng đóng: Là dịng điện cho ph p đi qua tiếp điểm
chính
khi cắt và khi đóng mạch. Ví dụ : cơng tắc tơ xoay chiều d ng để điều khiển

động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc cần có khả năng đóng u cầu dịng
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


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 cơng
tắc tơ có tần số thao tác khác nhau.
- Tính n định lực điện động: Cho ph p dịng 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: Cơng tắc tơ có tính n định nhiệt tức là khi có dịng ngắn
mạch chạy qua trong khoảng thời gian cho ph p thì các yiếp điểm khơng bị
nóng chảy hoặc bị hàn dính.

Trang 17


T2014-92

d.

Một số hình ảnh về contactor

Mơ phỏng hoạt động đóng cắt của contactor

Contactor thực tế
Trang 18
T2014-92


-

4.

Relay thời gian (Relay Timer)

a.

Cấu tạo

Hai chân 2, 7 d ng để cấp nguồn 220V AC

cho cuộn dây của rơle.
-

Hai tiếp điểm 1-4 và 1-3 gọi là tiếp điểm

tức thời, khi cuộn dây chƣa đƣợc cấp nguồn thì 1
nối với 4, khi cuộn dây có nguồn thì 1-4 bị mở ra

ngay và 1-3 đƣợc nối lại. Đến khi cuộn dây bị
mất nguồn thì 1-3 mới mở ra, 1-4 nối lại.
Rơle thời gian (Timer)
-

Hai tiếp điểm 8-5 và 8-6 gọi là tiếp điểm trễ trong đó:

+ 8-5 gọi là thƣờng đóng mở chậm (TĐMC), khi cuộn dây Timer (Rờ le thời
gian)

chƣa có nguồn thì 8 nối với 5, khi cuộn dây có nguồn 8 vẫn nối với 5 cho đến khi
đúng thời gian mà chúng ta hiệu chỉnh trên Timer thì 8-5 mới mở ra và 8-6 nối lại.
+

8-6 gọi là thƣờng mở đóng chậm (TMĐC) hoạt động ngƣợc lại với TĐMC,

ngh a là khi cuộn dây Timer chƣa có nguồn thì 8-6 bị mở, khi cuộn dây có nguồn 8-6
vẫn mở. Cho đến lúc đúng thời gian cài đặt thì 8-6 mới nối lại, và trạng thái này vẫn
duy trì cho đến khi nào cuộn dây Timer mất nguồn thì 8-6 bị mở 8-5 nối lại.
Ngoài loại Timer này (ON Delay),cịn có loại O
b.

Một số hình ảnh về rờle thời gian

Delay và loại ON/O
Delay.


Trang 19


T2014-92

CHƢƠNG : MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN

3.1 MẠCH KHỞI ĐỘNG TRỰC TIẾP ĐỘNG CƠ
L1

D1

L2

24V/AC

L3

D3

N
1

F1
2
1

K1
2
1

F2
2

PE

3.2 MẠCH ĐẢO CHIỀU ĐỘNG CƠ DẠNG ĐỘT NGỘT

L1
L2
L3
N
1

F1
2

1

K1
2

1

F2
2

PE