Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………………………………......2
CHƯƠNG I: CÁC LOẠI CỬA TỰ ĐỘNG HIỆN NAY …………………...........4
1.1: Cửa cuốn…………………………………….......................................................4
1.2: Cửa kéo………………...………………………..................................................6
1.3: Cửa trượt………...…………………………………………………………..…..7
CHƯƠNG II: KHẢO SÁT CÁC LOẠI CỬA ĐÓNG MỞ TỰ ĐỘNG Ở
HÀ NỘI HIỆN NAY……………………………………………………………...9
CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ……...……..............12
CHƯƠNG IV: CHỌN HỆ TRUYỀN ĐỘNG………………...…………………14
4.1: giới thiệu chung về động cơ 1 chiều……………………………………….…..14
4.1.1: Cấu tạo động cơ điện một chiều……………………………………………..14
4.1.2: Phân loại động cơ điện một chiều……………………………………………15
4.1.3: Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều………………………….....17
4.1.4: Phương trình đặc tính cơ của động điện một chiều kích từ độc lập……….....17
4.2: giới thiệu về động cơ không chổi than…………...………………………….....19
4.3: các phương pháp thay đổi tốc độ động cơ…………………………………......20
4.3.1: Phương pháp điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng đông cơ………………...20
4.3.2: Phương pháp thay đổi từ thông động cơ……………………………………..22
CHƯƠNG V: THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP………………………...…..……......24
5.1: khái niệm chung về máy biến áp……………………………………………....24
5.1.1: Khái niệm chung……………………………………………………………..24
5.1.2: Các đại lượng định mức của máy biến áp……………………………………25
5.1.3: Cấu tạo máy biến áp……………………………………………………….....26
5.2: chế tạo máy biến áp……………………………………………………………26
5.2.1: Tính toán máy biến áp…………………………………………………….....26
5.2.2: Tính toán số vòng dây máy biến áp……………………………………….....27
CHƯƠNG VI: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ VÀ CÁC LINH KIỆN THIẾT
KẾ…………………………………………………………………………………..29

6.1: Phần cứng………………………………………...…………………………….29
6.1.1: Vi điều khiển AT89C51……………………………………………………...29
6.1.2: IC tạo ổn áp 7805( IC ổn áp 5v) …………………………………………….31
GVHD: ThS.Ngô Sỹ Đồng


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

6.1.3: Bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC……………………………………….32
6.1.4: SENSOR CẢM BIẾN………………………………………………………..33
6.1.5: IC điều khiển động cơ L298………………………………………………...34
6.2: Phần mềm…………………………………………...…………………............35
6.2.1: Phần mềm mô phỏng mạch…………………………………………………..35
6.2.2: Ngôn ngữ lập trình…………………………………………………………...36
Chương VII: Giới thiệu một số cách phát hiện vật thể………..............................38
7.1: phương phát phát hiện vật thể ứng dụng công nghệ vi song…………..............38
7.2: phương pháp phát hiện vật thể dựa trên hiệu ứng điện quang...…………….....39
7.2.1: Tế bào quang dẫn…………………………………………………………… 39
7.2.2: Photodiode…………………………………………………………………...40
7.2.3: Phototranzito…………………………………………………………………40
7.3: phương pháp phát hiện vật thể bằng nhận dạng hình ảnh………………….......41
7.4: cảm biến tiếp cận điện cảm………………………………………………….....42
7.4.1: Cảm biến tiếp cận điện cảm………………………………………………….42
7.4.2: Cảm biến tiếp cận điện dung…………………………………………………43
7.4.3: Cảm biến tiếp cận quang học………………………………………………...43
7.5: cảm biến hồng ngoại…………………………………………………………...45
CHƯƠNG VIII: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ENCODER……………………....47
8.1: khái niệm về encoder……………………………..............................................47
8.2: các loại encoder……………………………………..........................................48
8.3: mô hình mô phỏng cửa tự động …………………….........................................53

CHƯƠNG IX: SỬ DỤNG PHẦN MỀM SOLID WORK 2012………………...54
9.1: Giao diện chính………………………………………………………………...54
9.2: Mở một file đã có………………………………………………………………55
9.3:
Lưu
file
...............................................................................................................56
9.4: Vẽ các đối tượng 2D…………………………………………………...............57
9.4.1: Vẽ các biên dạng 2D…………………………………………………………57
9.4.2: Các lệnh chỉnh sửa vẽ nhanh các đối tượng 2D……………………………...58
9.4.3: Tạo đối tượng 3D từ đối tượng 2D…………………………………………..62
9.5: Bản vẽ lắp……………………………………………………………………...64
GVHD: Ngô Sỹ Đồng

2


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

9.6: Mô hình mô phỏng cửa tự động bằng solid word……………………..….......66

LỜI NÓI ĐẦU
Trong xã hội văn minh hiện đại, cửa là một bộ phận không thể thiếu được
trong từng công trình kiến trúc. Tuy nhiên loại cửa bình thường (cửa không tự
động) mà chúng ta hay dùng hiện nay lại có những nhược điểm gây phiền toái
cho người sử dụng đó là: cửa thường chỉ đóng mở dược khi có tác động của con
người vào nó. Vì vậy mà dùng cửa thường làm tốn thời gian và gây cảm giác
ngại cho người sử dụng.
Việc thiết kế ra một loại cửa tiện ích hơn, đa năng hơn, phục vụ tốt hơn cho
đời sống con người 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 nhược điểm của cửa thường.
Mục đích của việc thiết kế cửa tự động là để tạo ra được một loại cửa vừa
duy trì được những đặc tính cần có của cửa, vừa khắc phục những nhược điểm
lớn của loại cửa bình thường .
Do đó, khi sử dụng cửa tự động, người 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 người sử dụng:
Thứ nhất, cửa tự động rõ ràng sẽ đem lại cảm giác thoải mái cho người dùng,
loại bỏ hoàn toàn cảm giác ngại, khó chịu như khi dùng cửa thường.
Thứ hai, nếu người 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 người dùng,
tạo thuận lợi cho người hoàn thành công việc mà không bị cản trở.
Thứ ba, sử dụng cửa tự động sẽ giúp người dùng nó đỡ tốn thời gian để đóng
mở cửa’ tức là tiết kiệm cho họ một khoảng tời gian dù là rất nhỏ nhưng 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
ưu điểm. Đó là vì cửa tự động sẽ giúp cho lưu thông qua cửa nhanh chóng dễ
dàng, cũng như sẽ giảm đi những va chạm khi nhiều người cùng sử dụng chung
một cánh cửa.
GVHD: Ngô Sỹ Đồng

3


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

Thêm vào đó, hiện nay hệ thống máy lạnh dược sử dụng khá rộng rãi ở
những nơi công sở, công cộng. Nếu ta dùng loại cửa bình thường thì phải đảm
bảo cửa luôn đóng khi không co người qua lại để tránh thất thoát hơi lạnh ra

ngoài gây lãng phí. Thế nhưng điều này trong thực tế lại rất khó thực hiện vì ý
thức của mỗi người ở nơi công cộng là rất khác nhau. Do đó, cửa tự động, với
tính chất là luôn đóng khi không có người qua lại đã đáp ứng được tốt yêu cầu
này.
Chính vì những ưu 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 lượng hoạt 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
của cửa tự động. Từ mô hình này t có thể quan sát và tìm hiểu hoạt động của cửa
tự động, cũng như có thể lường trước những khói khăn có thể gặp phải khi chế
tạo cửa tự động trên thực tế. Cũng từ mô hình có thể thấy được ưu nhược điểm
của thiết kế mà từ đó khắc phục những hạn chế, phát huy thế mạnh thiết kế cánh
cửa ưu việt hơn, hoàn thiện hơn cho con người.

GVHD: Ngô Sỹ Đồng

4


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

CHƯƠNG I. CÁC LOẠI CỬA TỰ ĐỘNG HIỆN NAY
Hiện nay có nhiều loại cửa tự động : cửa kéo,cửa đẩy, cửa cuốn, cửa trượt....
Nhưng chúng thường được sản xuất ở nước ngoài bán tại việt nam với giá thành
khá cao. Vì thế chúng không được sử dụng rộng rãi. Nhu cầu cửa tự động ở Việt
Nam là rất lớn về số lượng và chủng loại.
1.1. Cửa cuốn


Hình 1.1: Hộp kĩ thuật của của cuốn

Hình 1.2: Cửa cuốn ứng dụng cửa gara ô tô
GVHD: Ngô Sỹ Đồng

5


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

Hình 1.3: Động cơ của cửa cuốn

Loại cửa này có ưu điểm là gọn nhẹ tiện dụng và dễ sử dụng, lại chỉ cần động
cơ công suất nhỏ. Loại cửa này thường được dùng cho gara ô tô. Nó có tính kinh
tế khá cao vì không mấy khó khăn khi làm được loại cửa này.
Nhưng có nhược điểm là cửa không chắc chắn và dễ bị hỏng hơn các loại cửa
khác

GVHD: Ngô Sỹ Đồng

6


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

1.2. Cửa kéo

Hình 1.4: Cửa kéo
Loại cửa này nhìn rất lạ, với kết cấu đơn giản một động cơ được gắn cố định
với trần nhà. Cửa được động cơ kéo bằng một đoạn dây. Ưu điểm của loại này là

đơn giản nhưng hiệu quả, so với loại cửa cuốn thì cánh cửa chắc hơn nhiều. Có
lẽ nhược điểm của loại cửa này là động cơ gắn với trần nhà vì vậy cần phải gắn
đủ chắc để chịu được sức nặng của cửa. Vì vậy trong thực tế người ta ít sử dụng
loại cửa kéo này do nhược điểm là phải gắn đủ chắc để chịu sức nặng nếu không
sẽ rất nguy hiểm cho người sử dụng.

GVHD: Ngô Sỹ Đồng

7


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

1.3. Cửa trượt

Hình 1.5: Cửa trượt Ẻuowindow
Loại cửa này có đặc điểm là có một rãnh trượt cố định cho phép cánh cửa
thể trượt qua trượt lại. Loại cửa này thường được sử dụng trong nhà hàng, khách
sạn, cơ quan hay sân bay, nhà ga...
Loại cửa này có ưu điểm là kết cấu khá nhẹ nhàng,tạo ra một cảm giác
thoáng đạt và thoải mái và lịch sự rất thích hợp với nhưng nơi công cộng, cơ
quan...

GVHD: Ngô Sỹ Đồng

8


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động


Hình 1.6: Các loại cửa trượt thông dụng
Loại cửa này thiết kế rất toàn vẹn, nó có thể nhận biết được người, máy móc
cũng như loài vật có thể đi qua.
Nhược điểm của loại cửa này là không hề chắc chắn, nhẹ nhàng nhưng
không có nghĩa là gọn gàng mà ngược lại có khi lại rất cồng kềnh
Có một điều không thể phủ nhận đó là tính phổ biến của loại cửa này.

GVHD: Ngô Sỹ Đồng

9


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

CHƯƠNG II. 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 được sử dụng chủ yếu ở những nơi giao
dịch thương mại, những công sở lớn, ở sân bay, ngân hàng và các khách sạn lớn.
Sở dĩ như vậy là do những nơi này có lượng người 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 được tất cả những ưu điểm của nó.
Tuy nhiên cửa tự động cũng có rất nhiều loại tuỳ theo yêu cầu về mục đích
sử dụng như trọng lượng cửa, chiều cao hay phần mạch điều khiển cửa.
Theo trọng lượng 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 người 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 được dùng trong 2 điều
kiện như sau:

Một là, những nơi yêu cầu tính hiện đại, sang trọng nhưng lại có số
lượng người đi qua lại không nhiều như các khác sạn lớn, nhà nghỉ lớn, hay công
sở mà không có tính chất giao dịch…
Hai là, những loại cổng có kích thước 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 như loại bình thường.
+ Cửa tự động có hai cánh: Loại cửa này được 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 như 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
GVHD: Ngô Sỹ Đồng

10


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

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

Hình 2.1:Cửa tự động ở sân bay nội bài
Trước 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 nhiều 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 trượt rất phổ
biến
Cửa tự động tại đây sử dụng hệ thống cửa hai cánh trọng lượng mỗi cánh

khoảng 80 kg. Động cơ dùng trong cửa tự động tại đây là động cơ một chiều
điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điều chỉnh điện áp.Hệ thống cửa tại đây
không dùng hệ thống con lăn phụ mà thay vào đó là sử dụng hai gờ sắt cố định
xuống sàn.
GVHD: Ngô Sỹ Đồng

11


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

Cuối hành trình mở có đặt một công tắc hành trình để bảo vệ tránh cho cửa
không chuyển động vượt 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 người
phải chờ đợi cửa mở gây cảm giác khó chịu cho người 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 người 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 người 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 người đi từ trong ra cũng như khi có ngừơi đi từ ngoài
vào.Hai cảm biến này trên khung cánh cửa.
Phương thức hoạt động của loại cửa này là dùng mạch điều khiển không tiếp
điểm dùng các phần tử lôgic thì có ưư điểm là rẻ, việc hỏng hóc có thể sửa chửa
dễ dàng, nhưng nó có một nhược diểm rất lớn là làm việc không lâu bền bằng
phương pháp dùng bộ điều khiển lôgô, PLC...Còn cửa dùng phần mềm diều
khiển bằng lôgô lại có ưu đIểm là là việc rất ổn định nhẹ êm, trơn nhưng có

nhược 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 tư 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 thường
được sắp xếp ở những nơi mà tầm nhìn có độ rộng lớn, không gian rộng và
thường có các loại cửa khác đi kèm như 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.

GVHD: Ngô Sỹ Đồng

12


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

CHƯƠNG III. PHÂN TÍCH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Quy trình công nghệ của cửa tự động như sau:
Cửa tự động sử dụng động cơ một chiều không chổi than kích từ bằng nam
châm vĩnh cửu sử dụng encorder để điều chỉnh quá trình thay đổi tốc độ nhận
biết người và vật bằng cảm biến hồng ngoại. Cụ thể như sau:
+khi có tín hiệu người hoặc cửa sẽ mở ra với tốc độ nhanh, khi gần đến cuối
hành trình mở cửa giảm tốc độ và dừng lại một cách chính xác
+ở hành trình đóng khi không có tín hiệu người hoặc vật cửa sẽ đóng lại với
tốc độ nhanh, khi gần đến cuối hành trình thì cửa giảm tốc độ và dừng lại
+ khi cửa đang đóng nếu có tín hiệu người hoặc vật thì cửa lại mở ra với tốc
độ khi mở cửa
+khi cửa đang mở nếu mất tín hiệu thì cửa dừng lại khoảng vài giây rồi đóng
lại
+thiết bị điều khiển là bộ điều khiển PLC S7-200 của hãng Siemens

+ phía trên dùng vi xử lý để điều khiển chữ chạy gồm 5 chữ T Đ T H Đ cụ thể
như sau:
- khi cửa mở chữ sẽ sáng từ giữa sang hai bên
- khi đóng của chữ sẽ tắt dần từ hai bên vào giữa
Trong nghành tự động hóa đang khá là hot ở Việt Nam, thì cửa tự động là một
trong những sản phẩm được nhiều người ưa chuộng nhất. Do cấu trúc an toàn cho
hệ thống an ninh cũng như tiện lợi sử dụng và thẩm mỹ nên hiện nay nó được sử
dụng khá nhiều tại các thành phố cũng như doanh nghiệp công ty. Nguyên tắc hoạt
động của nó khá phức tạp nhất là loại cửa tự động sử dụng mô tơ. Hãy cùng tìm
hiểu và rút ra nguyên tắc hoạt động của loại cửa này:
1) Bộ phận Mô Tơ
Loại mô tơ mà cửa tự động tại Việt Nam hay sử dụng là loại mô tơ một chiều,
không chổi nan 24VDC, tùy vào loại cửa mà dùng loại 60W hoặc 75W. Với loại
mô tơ này cửa tự động có thể hoạt động tốt, lâu hơn mà không bị nóng. Khi cửa tự
động vận hành thường không bị rung hoặc rung nhẹ do thiết kế của moment xoắt
lớn giúp cho máy có thể tăng tốc và tăng lực khởi động nhanh và hệ thống gá được
thiết kế đặc biệt
GVHD: Ngô Sỹ Đồng

13


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

2) Bộ điều khiển của cửa tự động
Cửa tự động là một sản phẩm rất thông minh ngoài chế độ đóng mở thông thường,
nó còn có thể kết hợp với nhiều dụng cụ thiết bị hiện đại khác như đầu đọc thẻ,
khóa điện… để đảm bảo anh ninh và an toàn.
Cửa có thể quay lại và đổi hướng nếu gặp chướng ngại vật. Đây là một chức năng
rất tuyệt vời của cửa tự động, nó giúp người sử dụng hoặc vật dụng khi mắc kẹt ở

cửa sẽ không bị kẹp. Nguyên tắc cho hoạt động này là gặp vật cản nó sẽ lại mở ra
và từ từ khép lại, nếu gặp 3 lần liên tục như vậy thì nó sẽ dừng lại và chờ lệnh hoạt
động trở lại từ mắt thần sensor
3) Mắt thần Sensor
Đây là một bộ phận cảm biến có độ nhạy cao và có tầm quét cảm ứng vật cản tốt
với tốc độ khá nhanh.
4) Hộp kỹ thuật cửa tự động. (Rail Base)
Được chế tạo bằng nhôm, có độ bền và cứng cao nhằm giúp cho khung không bị
mòn hay biến dạng trước va đập thông thường khi dùng.

GVHD: Ngô Sỹ Đồng

14


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

CHƯƠNG VI:CHỌN HỆ TRUYỀN ĐỘNG
Hệ truyền động được sử dụng là hệ truyên động động cơ điện một chiều
không chổi than kích từ bằng nam châm vĩnh cửu.

Hình 4.1: Động cơ dùng trong mô hình của tụ động
4.1.Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều
4.1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều
A. Phần tĩnh
a. Cực từ chính
Cực từ chính là bộ phận tạo ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn
kích từ ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt làm bằng những lá thép kĩ thuật điện hay thép
các bon dày từ 0.5 dến 1mm ép lại và tán chặt, cũng có thể dùngthép khối. Cực
từ dược tán chặt vào vỏ máy nhờ các bu lông. Dây quấn kích từ được quấn bằng

dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kĩ thành một
khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt lên các cực từ. Cuộn kích từ đặt lên các
cực từ. Cuộn kích từ đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau
GVHD: Ngô Sỹ Đồng

15


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

b. Cực từ phụ
Được đặt xen kẽ với cực từ chính, xung quanh các cực từ phụ có dây quấn
cực từ phụ. Dây quấn cực từ phụ đấu nối tiếp với dây quấn rôtô, nhiệm vụ của
cực từ phụ là triệt tiêu từ thông phần ứng. Trên vùng trung tính hình học để hạn
chế xuất hiện tia lửa điện trên chổi than và cổ góp.
c. Vỏ máy(gông từ)
Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong
động cơ điện một chiều nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày, uốn và hàn lại,
với động cơ lớn thường dùng thép đúc
B. Phần quay ( phần ứng )
a. Lõi sắt phần ứng
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ.Thường dùng các tấm thép kĩ thuật diện
( thép hợp kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở 2 mặt rồi ép chặt lại dể
giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây lên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh dể
saukhiép lại thì đặt dây quấn vào.
b. Dây quấn phần ứng.
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy
qua, dây quấn phần ứng thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện.
Trong động cơ nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn, còn động cơ vừa và lớn
thường dùng dây có tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận

với rãnh của lõi thép
c. Cổ góp
cổ góp (hay còn gọi là vành góp hay vành đảo chiều) dùng để đổi chiều
của dòng điện xoay chiều thành một chiều
4.1.2 Phân loại động cơ điện một chiều
Tuỳ theo cách mắc mạch kích từ so với mạch phần ứng mà động cơ điện
một chiều được chia ra thành các loại sau:
+Động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Khi nguồn điện một chiều có công suất dủ lớn thì mạch phần ứng và mạch
kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc nay động cơ được gọi
là động cơ kích từ độc lập.
GVHD: Ngô Sỹ Đồng

16


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

1

+

-

KT

I KT
IU

E


U2

+

-

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
+Động cơ điện một chiều kích từ song song
-

+

KT

I KT
IU

E

Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ song song
Khi nguồn điệnn một chiêu có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi
thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ
được gọi là động cơ kích từ song song.
+Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp:
-

+

IU


KT§ 2
E

Hình 4.4 : Sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp

GVHD: Ngô Sỹ Đồng

17


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

Đặc điểm của động cơ kích từ nối tiếp là cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn
dây phần ứng, nên cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo
dễ dàng.
+Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp:
+

KT§

I KT

IU

1

KT§ 2
E


Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp
Đặc điểm của động cơ này là từ thông của máy là tổng hợp của các cuộn
kích từ song song và kích từ nối tiếp. Do vậy nó tận dụng được những đặc tính
cơ bản của hai loai trên tuỳ theo cách đấu dây để sử dụng cuộn dây kích từ nào
đóng vai trò chủ yếu .
4.1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khi đóng dộng cơ quay đến tốc độ n đặt điện áp Ukích từ nào đó lên dây
quấn kích từ thì trong dây quấn kích từ có dòng điện, và do đó mạch từ của máy
sẽ có từ thông, do trong mạch phần ứng có dòng điện chạy qua nên sự tương tác
giữa từ thông và dòng điện phần ứng sinh ra mô men động cơlàm quay động cơ.

4.1.4. Phương trình đặc tính cơ của động điện một chiều kích từ độc lập:
Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta xuất phát từphương trình cân
bằng điện áp của động cơ:
Uư = Eư + ( Rư +Rf ) Iư =Eư +RI ư
(1)
Trong đó:
Uư: điện áp phần ứng (V);
Eư : sức điện động phần ứng (V).
Rư : điện trở của mạch phần ứng (Ω)
Rf : điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω)
Iư : dòng điện mạch phần ứng ( A)
GVHD: Ngô Sỹ Đồng

18


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

Sức điện động Eư của động cơ được xác định theo công thức sau:

Eư =

Eu
pN
φω = k φω → ω =
kφ
2πa

Trong đó :
P- Số đôi cực từ chính .
N-Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng .
Φ - Từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb)
ω Tốc độ góc (rad/s)
K=

pN
2πa

Hệ số cấu tạo động cơ

Từ phương trình (1) , ta có :
Eư = Uư- (Rư + Rf) .Iư
Chia cả 2 vế cho K Φ ta được

Hay

Eu Uu Ru + Rf
= - (kφ )2 .Mđt
kφ kφ
Uu Ru + Rf

ω =
- (kφ )2 .Mđt (2) → ω =f (I): đặc tính cơ điện
kφ

Mặt khác mô men điện từ của cơ điện được xác định bởi :
Mdt

Mđt =K φ Iư, → Iư = ω Kφ
Thế vào (2) ta được :
ω=

Uu Ru + Rf
- (kφ )2 .Mđt , ω = f(M) đặc tính cơ theo mô men.
kφ

Nừu bỏ qua tổn thất thép thì mô men trục điện cơ bằng mômen điện từ, ta kí
hiệu là M, nghĩa là: Mđt = Mcơ = M
⇒ ω =

Uu Ru + Rf
- (kφ )2 .Mđt (3)
kφ

Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông Φ = const thì phương
trình đặc tính cơ điện (2) và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính, đồ thị của
chúng được thể hiện như sau:

GVHD: Ngô Sỹ Đồng

19



Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

ω
ω0
ωđm

0

Iđm Imn

I

0

Hình 4.6 a
Đặc tính cơ diện của động cơ
điện 1 chiều

Mđm

Mmn

M

Hình 4.6 b
Đặc tính cơ động cơ điện một chiều
kích từ độc lập


Theo các đồ thị trên khi Iư =0 hoặc M = 0 ta có:
ω =

Uu
=ω o
kφ

4.2.Giới thiệu về động cơ không chổi than
Như tên gọi của nó, động cơ không chổi than là loại động cơ không có chổi
than, vành góp, những bộ phận cần thiết trong các động cơ điện một chiều thông
thường.
Cấu trúc cơ bản của động cơ không chổi than là một nam châm vĩnh cửu
quay vượt quá các vòng dây có dòng điện chạy qua. Về khía cạnh này, nó tương
dương với một động cơ điện một chiều thông thường đã hoán đổi vị trí giữa stato
và rotor. Trong cả hai trường hợp, dòng điện trong dây dẫn phải thay đổi cực tính
mỗi khi một cực nam châm dịch chuyển theo một thứ tự nào đó phải đảm bảo
rằng mô men được sinh ra có một phương duy nhất .
Trong động cơ điện một chiều thông thường, việc đảo chiều cực tính được
thực hiện bởi chổi than và vành góp. Khi vành góp cố định trong roto, thời điểm
chuyển mạch được tự động đồng bộ hoá với cực tính thay đổi của từ trường mà
dây dẫn vượt qua
GVHD: Ngô Sỹ Đồng

20


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

4.3. Các phương pháp thay đổi tốc độ động cơ
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt

hơn so với các loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc dộ
dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt
chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng.
Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một
chiều:
- Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ.
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ.
4.3.1. Phương pháp điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng đông cơ
Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như
máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ phận chỉnh lưu điều khiển v.v…
Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một
chiều có sức điện động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Uđk. vì là
nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở
trong Rb và điện cảm Lb khác không .
ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như
sau:
Eb –Eư = Iư ( Rb + Rưđ )
ω =

Eb
Rb + Rud
.Iư
KΦdm
KΦdm

ω = ω 0( Uđk ) -

M
/β /


Vì từ thông của động cơ giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không
đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp Uđk của hệ
thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để.
Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống
bị chặn bởi đặc tính cơ cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và
từ thông cũng được giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị
giới hạn yêu cầu về sai số tốc độ và về mô men khởi động. Khi mô men tải là
định mức thìcác giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:
GVHD: Ngô Sỹ Đồng

21


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

Mdm
/β /
Mdm
ωmin = ωomin /β /

ωmax = ωomax -

Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh
phải có mô men ngắn mạch là:
Mmnmin = Mcmax = Km.Mđm
Trong đó Km là hệ số quá tải về mômen. vì họ đặc tính cơ là các đường
thẳng song song nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết:
1
Mdm
=

(Km -1)
/β /
/β /
M
ω o max . β
ω 0 max − dm
−1
β
M dm
D=
=
( K M − 1) M dm / β
KM −1

ωmin =( Mmnmin –Mđm)

ω
ω0max
ωmax
ωđk1

ωđki

ω0min
ωmin
Mđm

Mnmmin

M,I


Hình 4.7: Đồ thị về độ cứng đặc tính cơ
Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị ω0max, Mđm, Km là xá định, vì vậy
phạm vi diều chỉnh D phụ thuộc vào giá trị của độ cứng β. Khi điều chỉnh điện
áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch

GVHD: Ngô Sỹ Đồng

22


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ. do đó có thể tính sơ bộ
được :
ω0max β/ Mđm≤ 10
Vì thế với tải có đặc tính mô men không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc
độ cũng không vượt quá 10. Đối với các máycó yêu cầu cao về dải điều chỉnh
tốc độ và độ chính xác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống hở
như trên là không thoả mãn được.
Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh của truyền
động một chiều kích từ độc lập là tuyến tính. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng
thì độ cứng các đặc tính cơ trong toàn dải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt
tốc tương đối sễ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh .Hay
nói cách khác, nếu đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ
không vượt quá giá trị sai số cho phép, thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số
luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh .
Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ được
giữ nguyên ,do đó mô men tải cho phép của hệ sẽ là không đổi :
Mc.cp = Kφ đm . Iđm = Mđm

Do vậy, điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là rất thích
hợp trong trường hợp mô men tải là không đổi trong toàn dải điều chỉnh.
4.3.2. Phương pháp thay đổi từ thông động cơ
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh
mô men điện từ của động cơ M = KφIư và sức điện động quay của động cơ
Eư = Kφω . Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điêu chỉnh
động cơ cũng là hệ phi tuyến :

Trong đó rk- Điện trở dây quấn kích thích
rb - Điện trở của nguồn điện áp kích thích
ωk – số vòng dây của dây quấn kích thích .
Trong chế độ xác lập ta có quan hệ :

GVHD: Ngô Sỹ Đồng

23


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

Thường khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên
bằng giá trị định mức, do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ
thông chính là đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thông dịnh mức và
được gọi là đặc tính cơ bản. Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn
chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện. Khi giảm từ thông để tăng tốc
độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị
xấu đi, vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm
dòng điện phần ứng cho phép, kết quả là mô men cho phép trên trục động cơ
giảm rất nhanh. Ngay cả khi giữ nguyên dòng điện phần ứng thì độ cứng đặc
tính cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích :

βφ =

( KΦ ) 2
Ru

Do đó điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các động cơ
mà từ thông định mức nằm ở chỗ tiếp giáp giữa vùng tuyến tính và vùng bão hoà
của đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ
thuộc vào thông số kết cấu của máyđiện.

GVHD: Ngô Sỹ Đồng

24


Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

CHƯƠNG V: THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP
5.1 Khái niệm chung về máy biến áp
5.1.1.Khái niệm chung
Máy biến áp là một thiét bị biến đổi kiểu cảm ứng có hai hay nhiều dây
quấn đứng yên hỗ cảm với nhau, dùng để biến đổi các thông số điện áp và dòng
điện xoay chiều nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ.
Máy biến áp hai dây quấn có thể bao gồm các máy biến áp một pha hay
nhiều pha có hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp không nối với nhau về mặt điện.
Năng lượng điện trưyền từ dây quấn này sang dây quấn kia là nhờ sự liên hệ với
nhau thông qua từ trường trong máy biến áp.
Dây quấn của máu biến áp nhận điện năng của lưới gọi là dây quấn sơ
cấp. Dây quấn còn lại nhận điện năng từ dây quấn sơ cấp thông qua từ trường
trong máy biến áp. Dây quấn này có thể nối vào lưới điện hoặc cung cấp trực

tiếp cho tải.
Máy biến áp là một thiết bị được sử dụng rất rộng rãi, nhờ các máy biến
áp mà điện năng được truyền một cách hiệu quả từ nhà máy phát điện đến các hộ
tiêu thụ. Để giảm tổn hao trên đường dây trong quá trình truyền tải điện năng đi
xa, thì điện áp phải được thay đổi qua nhiều cấp do đó tổng dung lượng của máy
biến áp trong hệ thống điện phải lớn.
Các máy biến áp phải được chế tạo theo những điều kiện kĩ thuật hay
những yêu cầu của những hệ thống tiêu chuẩn, thực hiện các chức năng hoàn
toàn xác định theo sự biến đổi điện năng .

GVHD: Ngô Sỹ Đồng

25