Cơ Cấu Tác Động Trong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động

Khám phá cấu trúc tác động trong chương 06, tìm hiểu cách các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả và quyết định trong môi trường kinh doanh.

• Tác giả: Phung Tri Cong
• Trường học: HCM City University of Technology
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động
• Đề tài: Cơ Cấu Tác Động Trong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động
• Loại tài liệu: bài giảng
• Địa điểm: HCM City

Mục lục chi tiết

• 6. CHƯƠNG 6: GIỚI THIỆU
• 6.1. Cơ cấu tác động
• 6.2. Cơ cấu đóng mở điện cơ
• 6.3. Phần tử tác động bán dẫn
• 6.4. Phần tử tác động thủy lực, khí nén
• 6.5. Động cơ điện
• 6.6. Động cơ DC
• 6.7. Động cơ DC không chổi than
• 6.8. Động cơ bước

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Cơ Cấu Tác Động Trong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động

Cơ cấu tác động là một phần quan trọng trong hệ thống điều khiển tự động. Chúng nhận tín hiệu từ các cảm biến và thực hiện các tác động cần thiết để điều chỉnh quá trình. Các phần tử này bao gồm công tắc, rơ le, và các thiết bị điều khiển khác. Việc hiểu rõ về cơ cấu tác động giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

1.1. Định Nghĩa Cơ Cấu Tác Động Trong Hệ Thống Điều Khiển

Cơ cấu tác động là thiết bị thực hiện các hành động theo tín hiệu từ bộ điều khiển. Chúng có thể là cơ điện, thủy lực hoặc khí nén, mỗi loại có ưu điểm riêng.

1.2. Vai Trò Của Cơ Cấu Tác Động Trong Kỹ Thuật Điều Khiển

Cơ cấu tác động giúp chuyển đổi tín hiệu điện thành hành động vật lý, từ đó điều chỉnh các quá trình sản xuất và tự động hóa.

II. Các Vấn Đề Thách Thức Trong Cơ Cấu Tác Động

Mặc dù cơ cấu tác động rất quan trọng, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc thiết kế và vận hành chúng. Các vấn đề như độ tin cậy, hiệu suất và chi phí là những yếu tố cần xem xét. Việc lựa chọn loại cơ cấu phù hợp cũng là một thách thức lớn.

2.1. Độ Tin Cậy Của Cơ Cấu Tác Động

Độ tin cậy của cơ cấu tác động ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của hệ thống. Các thiết bị cần được kiểm tra và bảo trì định kỳ để đảm bảo hoạt động ổn định.

2.2. Chi Phí Và Hiệu Suất Trong Thiết Kế Cơ Cấu Tác Động

Chi phí thiết kế và lắp đặt cơ cấu tác động có thể cao. Cần cân nhắc giữa chi phí và hiệu suất để đạt được giải pháp tối ưu.

III. Phương Pháp Thiết Kế Cơ Cấu Tác Động Hiệu Quả

Để thiết kế cơ cấu tác động hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc sử dụng mô hình hóa và mô phỏng giúp tối ưu hóa thiết kế và giảm thiểu rủi ro trong quá trình sản xuất.

3.1. Mô Hình Hóa Hệ Thống Cơ Cấu Tác Động

Mô hình hóa giúp phân tích và dự đoán hành vi của cơ cấu tác động trong các điều kiện khác nhau, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu.

3.2. Ứng Dụng Công Nghệ Mới Trong Thiết Kế

Công nghệ mới như AI và IoT có thể được áp dụng để cải thiện hiệu suất và độ chính xác của cơ cấu tác động.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Cơ Cấu Tác Động Trong Ngành Công Nghiệp

Các cơ cấu tác động được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như sản xuất, tự động hóa và điều khiển quy trình. Chúng giúp tăng năng suất và giảm thiểu lỗi trong quá trình sản xuất.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Sản Xuất

Trong ngành sản xuất, cơ cấu tác động giúp tự động hóa các quy trình, từ đó nâng cao hiệu quả và giảm chi phí lao động.

4.2. Ứng Dụng Trong Ngành Tự Động Hóa

Trong tự động hóa, các cơ cấu tác động như rơ le và công tắc được sử dụng để điều khiển các thiết bị và quy trình một cách chính xác.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Cơ Cấu Tác Động Trong Kỹ Thuật Điều Khiển

Tương lai của cơ cấu tác động trong kỹ thuật điều khiển hứa hẹn sẽ có nhiều tiến bộ với sự phát triển của công nghệ. Việc áp dụng các công nghệ mới sẽ giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Công Nghệ Mới

Công nghệ như AI và machine learning sẽ tiếp tục được phát triển để tối ưu hóa hoạt động của cơ cấu tác động.

5.2. Tác Động Của Cách Mạng Công Nghiệp 4.0

Cách mạng công nghiệp 4.0 sẽ thúc đẩy sự phát triển của cơ cấu tác động, tạo ra những cơ hội mới cho ngành công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. Cơ cấu tác động HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6.02 Chương 6 GIỚI THIỆU • Bộ điều khiển nhận tín hiệu vào từ những cơ cấu cảm biến (sau khi qua phần xử lý tín hiệu) • Bộ điều khiển xuất tín hiệu ra, tác động lên những phần tử đóng/mở, phần tử tác động khí nén / thủy lực, van điều khiển quá trình, động cơ điện …Những phần tử này được phân vào nhóm cơ cấu tác động. HCM City Univ.

of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. CƠ CẤU ĐÓNG MỞ ĐIỆN CƠ Công tắc cơ (mechanical switch) Toggle switch Là một thiết bị có thể đóng / mở, theo đó mà cho dòng điện chạy qua hay không. SPST switch SPDT switch (single-pole/single-throw) (single-pole/double-throw) DPDT switch (double-pole/double-throw) 3-position switch (on-off-on) HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6.

CƠ CẤU ĐÓNG MỞ ĐIỆN CƠ Normally open switch (NO) Normally closed switch (NC) Push-button NC and NO switch switch HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. CƠ CẤU ĐÓNG MỞ ĐIỆN CƠ DIP switch Thumb-wheel switch HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6.

CƠ CẤU ĐÓNG MỞ ĐIỆN CƠ Rotary switch HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. CƠ CẤU ĐÓNG MỞ ĐIỆN CƠ Membrane switch HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6.

CƠ CẤU ĐÓNG MỞ ĐIỆN CƠ Rơ le (relay) Thiết bị sử dụng lực điện từ để đóng / mở các tiếp điểm – công tắc tác động bằng điện. HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. CƠ CẤU ĐÓNG MỞ ĐIỆN CƠ Tùy theo mục đích sử dụng, rơ le cũng có thể phân thành hai loại: rơ le bảo vệ và rơ le điều khiển.

Rơ le bảo vệ (rơ le nhiệt, rơ le điện áp, rơ le dòng điện, rơ le áp suất …) dùng để bảo vệ các mạch điện khỏi bị ảnh hưởng bởi các tác động không bình thường như quá tải, sụt áp … Temperature switch Pressure switch Biểu diễn chung: HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. CƠ CẤU ĐÓNG MỞ ĐIỆN CƠ Rơ le thời gian (time-delay relay) Rơ le thời gian được thiết kế để trì hoãn thời gian đóng/mở tiếp điểm khi được kích hoạt. Time relay Time delay when the coil is energized Time delay when the coil is deenergized NO NC NO NC HCM City Univ.

of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. CƠ CẤU ĐÓNG MỞ ĐIỆN CƠ Công tắc tơ (contactor) và khởi động từ (motor starter) Rơ le cũng có thể được cấu tạo dùng để đóng/mở các mạch động lực, ví dụ như đóng ngắt, hãm, đảo chiều, khóa lẫn các thiết bị điện. Khi đối tượng là động cơ điện thì rơ le được gọi là khởi động từ, những trường hợp khác thì được gọi là công tắc tơ. HCM City Univ.

of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG BÁN DẪN Các phần tử bán dẫn thường gặp trong hệ thống điều khiển làm nhiệm vụ đóng/mở và khuếch đại. HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6.

PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG BÁN DẪN Transistor lưỡng cực (BJT – Bipolar junction transistor) Transistor là một hệ thống gồm 3 lớp bán dẫn đặt tiếp giáp nhau, trong đó lớp ở giữa là loại bán dẫn có tính dẫn điện khác với hai lớp bên cạnh. Transistor có 3 điểm cực: cực gốc (B), cực thu (C), và cực phát (E). Tùy theo trình tự sắp xếp các lớp bán dẫn P và N, ta có 2 loại transistor điển hình: HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6.

PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG BÁN DẪN Hoạt động cơ bản của transistor dựa trên những phương trình sau: Với: : hệ số khuếch đại dòng IC: dòng cực thu IB: dòng cực gốc IE: dòng cực phát PD: công suất tiêu hao VCE: điện áp tiêu hao (giữa C và E) HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG BÁN DẪN Điều kiện phân cực HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6.

PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG BÁN DẪN Ví dụ: xác định dòng cực thu cho mạch bên dưới bằng cách dùng transistor có đường đặc tính như hình trên và có hệ số khuếch đại dòng  = 70. Giải: Dựa vào đường đặc tính  IB  1.7 (mA) HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG BÁN DẪN Ứng dụng: khuếch đại, đóng/mở, và dao động… HCM City Univ.

of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG BÁN DẪN SCR – silicon-controlled rectifier SCR được cấu tạo bởi 4 lớp bán dẫn PNPN. Các tiếp xúc tạo ra 3 cực: cực A, cực K, và cực G. HCM City Univ.

of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG BÁN DẪN HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG BÁN DẪN Mạch SCR đối với tải DC HCM City Univ.

of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG BÁN DẪN Mạch SCR đối với tải AC HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG BÁN DẪN Mạch SCR đối với tải AC Ứng dụng: đóng/mở mạch động lực, chỉnh lưu, và biến tần … HCM City Univ.

of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG THỦY LỰC, KHÍ NÉN Nguyên lý làm việc HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG THỦY LỰC, KHÍ NÉN Hệ thống thủy lực Hệ thống khí nén HCM City Univ.

of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG THỦY LỰC, KHÍ NÉN Động cơ thủy lực Động cơ khí nén HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG THỦY LỰC, KHÍ NÉN Xi lanh khí nén Xi lanh thủy lực HCM City Univ.

of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG THỦY LỰC, KHÍ NÉN Van điều khiển: 3/2 Solenoid is deenergized Solenoid is energized HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG THỦY LỰC, KHÍ NÉN Van điều khiển: 4/3 Solenoid ‘a’ is energized Solenoids are deenergized Solenoid ‘b’ is energized HCM City Univ.

of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG THỦY LỰC, KHÍ NÉN HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG THỦY LỰC, KHÍ NÉN Chương trình điều khiển HCM City Univ.

of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. ĐỘNG CƠ ĐIỆN DC motor Brushless DC motor Stepper motor AC motor HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. ĐỘNG CƠ DC Nguyên lý làm việc HCM City Univ.

of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. ĐỘNG CƠ DC Lực tác dụng lên cuộn dây: với: F: lực tác dụng lên cuộn dây (N) I: dòng chạy qua cuộn dây (A) B: cường độ từ trường (G) L: chiều dài cuộn dây (m) : góc tạo bởi vectơ B và I HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. ĐỘNG CƠ DC Phần ứng động cơ DC Moment tạo ra với: T: moment động cơ KT: hằng số dựa vào cấu tạo động cơ IA: dòng điện phần ứng : từ thông HCM City Univ.

of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. ĐỘNG CƠ DC Khi phần ứng quay trong môi trường từ trường, một sức điện động sẽ xuất hiện trên các cuộn dây của phần ứng (ngược chiều với điện áp nguồn cấp vào phần ứng). với: EMF: điện áp tạo ra KE: hằng số dựa vào cấu tạo động cơ : từ thông S: tốc độ động cơ (rpm) Điện áp thực trên phần ứng với: VA: điện áp thực trên phần ứng VTn: điện áp nguồn cấp vào phần ứng CEMF: điện áp tạo ra bởi động cơ IA: dòng điện phần ứng RA: trở kháng phần ứng HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6.

ĐỘNG CƠ DC Ví dụ: Một động cơ 12 Vdc có điện trở phần ứng là 10  và sức điện động tạo ra là 0. Xác định dòng phần ứng thực tế khi động cơ làm việc ở vận tốc 0 rpm và ở vận tốc 1000 rpm. Giải: ta có • S = 0 rpm • S = 1000 rpm Lưu ý: khi động cơ làm việc, dòng điện trên phần ứng giảm đi HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6.

ĐỘNG CƠ DC Đường đặc tính (moment - tốc độ) của động cơ nam châm vĩnh cữu (permanent magnet) HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6. ĐỘNG CƠ DC Ví dụ: Xác định tốc độ động cơ và dòng điện phần ứng trong những trường hợp sau: HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6.

ĐỘNG CƠ DC Ví dụ: Một động cơ DC PM sử dụng trong máy quay băng. Khi trả băng, động cơ làm việc ở 10 V với vận tốc 500 rpm. Để rút ngắn thời gian trả băng, nguời ta muốn động cơ làm việc với vận tốc 650 rpm. Khi đó moment tải ước tính sẽ tăng thêm 50%.

Hãy xác định điện áp phần ứng để động cơ đáp ứng được yêu cầu này. HCM City Univ. of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 6.