N13 lò vi sóng

Báo cáo bài tập lớn thuyết kế hệ thống cơ điện tử. đề tài xây dựng thiết kế hệ thống cơ điện tử, đề tài lò vi sóng,

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

BÀI TẬP LỚN MÔN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SẢN PHẨM CƠ ĐIỆN TỬ: LÒ VI SÓNG

Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Trường

Sinh viên thực hiện: Đinh Thành Nam 2020601179 Nguyễn Đức Minh 2020607774

Lớp: ME6030.2 Khóa: K15

Nhóm: 13

Hà Nội – 2023

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU 3

LỜI NÓI ĐẦU 1

NỘI DUNG 1 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 2

1.1 Yêu cầu thị trường 2

1.1.1 Nhu cầu thị trường của lò vi sóng 2

1.1.2 Tìm kiếm hình thành ý tưởng 2

1.2 Cấu tạo chung của lò vi sóng 3

1.3 Lập kế hoạch và làm rõ nhiệm vụ 4

1.4 Khảo sát nhu cầu khách hàng 5

1.5 Thiết lập danh sách yêu cầu 6

NỘI DUNG 2 THIẾT KẾ SƠ BỘ 9

Bảng 1.1.2.1: Danh sách yêu cầu 8

Bảng 2.3.1.1: Lựa chọn biến thể 20

Bảng 2.3.3.1: Đánh giá các biến thể 24

Bảng 3.1.4.1: Chức năng và bộ phận của các nhóm 29

Hình 2.2.1.1: Sơ đồ cấu trúc của lò xi sóng 15

Hình 2.3.3.1: Sơ đồ đánh giá các chức năng con 21

Hình 3.2.2.1: Động cơ quay đĩa lò vi sóng 220V trục vát 34

Hình 3.2.2.2: Động cơ đĩa quay lò vi sóng 35

Hình 3.2.2.3: Đĩa quay lò vi sóng 35

Hình 3.2.3.1: Nguồn phát sóng viba 36

Hình 3.2.3.2: Bản vẽ nguồn phát sóng viba 36

Hình 3.2.4.1: Quạt tản sóng viba 37

Hình 3.2.5.1: Motor động cơ quạt tản nhiệt 38

Hình 3.2.6.1: Màn hình hiển thị và bảng điều khiển 38

Hình 3.2.7.1:Tecmit 39

Hình 3.2.8.1:Mạch vi điều khiển 40

1

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đã làm thay đổi cách thức con người làm việc và kết nối với nhau, tác động mạnh mẽ vào lĩnh vực cơ điện tử Dây chuyền tự động hóa, xe tự lái, robot… chính là các hướng phát triển của cơ điện tử Cùng với quá trình phát triển đó là yêu cầu ngày càng cao về độ chính xác, tin cậy, khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt với thời gian dài của các hệ thống cơ điện tử.Vì vậy việc nghiên cứu và thiết kế các hệ thống cơ điện tử để đáp ứng được yêu cầu trên là việc làm cần thiết Hệ thống cơ điện tử là sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới

Hệ thống cơ điện tử là một lĩnh vực đa ngành của khoa học kỹ thuật hình thành từ các ngành kinh điển như: Cơ khí, Kỹ Thuật Điện – Điện tử và khoa học tính toán tin học Trong đó tổng hợp hệ thống các môn học như Truyền Động Điện, Truyền Động Cơ, Thủy-Khí, Đo Lường Cảm Biến, Kỹ Thuật Vi Xử Lý Học phần Thiết kế hệ thống Cơ Điện tử được đưa vào giảng dạy với mục đích giúp sinh viên có kiến thức và tư duy trong việc lập kế hoạch công việc theo trình tự hợp lý để có thể thiết kế được một hệ thống cơ điện tử hoạt động ổn định, tối ưu và hiệu quả

Sau quá trình kết hợp hoc tập, tự tìm hiểu cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo bộ môn nhóm sinh viên đã chọn lựa và hoàn thành bài báo cáo: Thiết kế hệ thống cơ điện tử với đề tài:”Lò vi sóng” Đây là một đề tài gắn liền với thực tế đối với đời sống cũng như là cơ sơ nghiên cứu về sau của sinh viên

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm 13

2

NỘI DUNG 1 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1.1 Yêu cầu thị trường

1.1.1 Nhu cầu thị trường của lò vi sóng

Thị trường lò vi sóng được phân chia theo loại (Nướng, Solo và Đối lưu) mức sống ngày càng cao của khách hàng, số lượng gia đình hạt nhân ngày càng tăng và nhu cầu về thực phẩm đông lạnh và ăn liền tăng cao là một số trong những yếu tố chính thúc đẩy thị trường tăng trưởng Số lượng phụ nữ làm việc ngày càng tăng và lịch trình bận rộn của người dân ở các thành phố đô thị có khả năng thúc đẩy nhu cầu về lò nướng Sự tăng trưởng mạnh mẽ của lĩnh vực khách sạn và các hợp đồng cung cấp dịch vụ ăn uống gia tăng cho các sự kiện quy mô lớn, hội thảo và các cuộc tụ họp xã hội khác cũng dự kiến

sẽ thúc đẩy nhu cầu đối với các thiết bị thương mại trong giai đoạn sau này

 Thị trường thế giới

Hiện nay trên thế giới, thị trường lò vi sóng có mức sử dụng đáng kể trong ngành dịch vụ thực phẩm do có nhiều lợi ích như quy trình nấu nhanh hơn, tiết kiệm chi phí, cải thiện hiệu quả và tiêu thụ ít thời gian hơn Lò vi sóng hiện đại có khả năng lập trình cao

và có hệ thống bộ nhớ trong có thể lưu trữ tới 100 cài đặt công thức

Các nhà công ty, doanh nghiệp sản xuất lò vi sóng trên thế giới ước tính Thị trường lò vi sóng sẵn sàng tăng 728,90 triệu USD vào năm 2026, đạt tốc độ CAGR hơn 3% trong giai đoạn dự báo, 2021-2026

Cùng với đó, Các nhà sản xuất đang ngày càng tập trung vào việc phát triển các loại lò vi sóng thương mại với bộ hẹn giờ tự động cho quá trình nấu nướng hiệu quả, đây là một yếu tố có lợi cho sự tăng trưởng của thị trường

Tuy nhiên, các loại lò vi sóng có một số nhược điểm nhất định như làm nóng nhanh thường dẫn đến thức ăn chín quá, thông gió hộp không đúng cách, thức ăn chín không đều, gây ra các điểm lạnh Những yếu tố như vậy được cho là sẽ hạn chế nhu cầu đối với lò vi sóng ở một mức độ nào đó

 Thị trường Việt Nam

Ở nước ta, nhu cầu sử dụng lò vi sóng ngày càng tăng cao những chiếc lò vi sóng là món đồ điện gia dụng không thể thiếu trong mỗi gia đình giúp giảm tải thời gian trong quá trình nấu nướng và giúp hâm nóng đồ ăn chỉ sau vài phút

Hiện nay, lò vi sóng được sử dụng và được ưa chuộng rộng rãi gồm nhiều chủng loại

khác nhau như: panasonic, Sharp, Electrolux, Toshiba

Trong đó, thị trường lò vi sóng sharp có mức doanh số tăng hơn 17% so vào cùng kì năm 2021 Cho thấy phần nào đó sự phát triển của lò vi sóng trên bếp ăn gia đình Việt

1.1.2 Tìm kiếm hình thành ý tưởng

Để có thể hình thành ý tưởng thiết kế một mẫu lò vi sóng hoàn chỉnh cần phải thiết lập tuần tự theo các bước:

Bước 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế

- Nhận dạng và định dạng nhu cầu thiết kế chung và các yêu cầu thiết kế cụ thể của lò vi sóng

3

- Thiết lập danh sách yêu cầu

- Xác định các điều kiện biên, giới hạn không gian cho bài toán thiết kế Bước 2: Thiết kế concpet

- Xác định các vấn đề cơ bản - Xác lập cấu trúc chức năng - Phát triển cấu trúc làm việc - Lựa chọn cấu trúc làm việc - Phát triển conpect

Bước 3: Hình thành ý tưởng, thiết kế cụ thể - Xác định các bước thiết kế cụ thể - Xây dựng checklist cho thiết kế cụ thể - Các quy tắc cơ bản cho thiết kế cụ thể - Các nguyên tắc thiết kế cụ thể

- Bắt đầu thiết kế chi tiết - Hoàn thành ý tưởng

1.2 Cấu tạo chung của lò vi sóng

 Buồng nấu

Buồng nấu được thiết kế là một chiếc lồng Faraday, bao quanh là lưới kim loại để đảm bảo chắc chắn rằng sóng vibar không bị lọt ra ngoài Lưới kim loại có thể được nhìn thấy khi quan sát cửa ngoài của lò vi sóng Để có thể ngăn chặn sóng, lỗ trên lưới bắt buộc phải có kích thước nhỏ hơn bước sóng của vi ba (12cm)

 Đĩa quay

Được làm bằng thủy tinh chịu nhiệt, được sử dụng để đặt thực phẩm lên trên đĩa, sau đó bộ phận này sẽ xoay tròn để giúp đồ ăn hấp thụ sóng đều Đĩa quay được thiết kế với 2 bộ phận chính: bộ phận xoay gồm động cơ điện có thể đảo chiều và 1 đĩa thủy tinh tích hợp con lăn

 Mạch vi điều khiển

Còn có tên gọi tiếng Anh là Microcontroller, nằm ở phía dưới bảng điều khiên Có chức năng kiểm soát các vi mạch điện tử trong máy

 Bảng điều khiển

Bảng điều khiển gồm các núm xoay vật lý (đối với lò cơ học) hoặc nút cảm ứng

và màn hình điện tử (đối với lò điện tử) Máy phát sóng cao tần – nguồn phát sóng

Đây là bộ phận cốt lõi, quan trọng nhất của một chiếc lò vi sóng vì chúng chính là nguồn phát ra tia sóng (các tác nhân sấy hoặc tác nhân làm chín thức ăn)

 Tecmit

4

Tecmit giúp ngắt nguồn điện để ngăn chặn những sự cố mà lò vi sóng có thể gặp phải trong quá trình hoạt động (lò quá nóng, thiết bị sản sinh lượng nhiệt vượt ngưỡng,…)

 Vỏ máy

Lớp vỏ bên ngoài của lò vi sóng thường được chế tạo từ kim loại như thép không gỉ an toàn, sáng bóng và bền lâu Vỏ máy có tác dụng bảo vệ lò vi sóng và đem lại tính thẩm mỹ cho thiết bị

1.3 Lập kế hoạch và làm rõ nhiệm vụ

Để có thể hình thành cũng như hoàn thiện được một chiếc lò vi sóng phù hợp với các nhu cầu tiêu dùng cần lập một kế hoạch chính xác với các bước và làm rõ các nhiệm vụ đề ra để có được sản phẩm cuối cùng đáp ứng được nhu cầu đề tài cũng như áp dụng trong thực tế:

Bước 1: Xác định mục tiêu, các vấn đề cơ bản

- Xác định nhiệm vụ nghiên cứu

- Xác định đối tượng và các vấn đề cần nghiên cứu - Xác định giới hạn và phân tích mục tiêu nghiên cứu - Hướng đến một đề tài nghiên cứu phù hợp

Bước 2: Thiết lập danh sách chi tiết cơ bản của lò vi sóng

Danh sách chi tiết phải phù hợp với các vấn đề cơ bản của lò vi sóng qua đó ta hình thành cùng với các giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Loại bỏ sở thích các nhân, bỏ qua các yêu cầu không ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng và các ràng buộc cần thiết

- Giai đoạn 2: Chuyển đổi dữ liệu định lượng thành dữ liệu định tính và giảm chúng thành các tuyên bố thiết yếu

- Giai đoạn 3: Trong mức độ nhất định, khái quát lại kết quả bước trước

- Giai đoạn 4: Hình thành vấn đề theo các thuật ngữ trung lập trình về giải pháp

Bước 3: Thu thập xử lý thông tin

- Tìm hiểu tài liệu - Xử lý thông tin

- Chọn lọc bổ sung các thông tin phù hợp

Bước 4: Thiết lập cấu trúc chức năng, đánh giá các biến thể phù hợp

- Thiết lập chức năng tổng thể:

 Khái quát tổng thể chức năng lò vi sóng

 Xây dựng sơ đồ cấu trúc chức năng - Xác định chức năng con:

 Khái quát từng chức năng con của lò vi sóng - Nguyên lí làm viêc:

5

- Thiết kế chi tiết - Hoàn thiện thiết kế

1.4 Khảo sát nhu cầu khách hàng

Câu hỏi dành cho khách hàng Ý muốn khách hàng

Anh chị có dùng lò vi sóng

không?  Có / Không Anh chị muốn kích thước của lò

là bao nhiêu  Chiều dài: 580-590 mm

 Chiều cao: 360-410 mm

 Chiều sâu: 280-310 mm Anh chị muốn dung tích lò là

bao nhiêu?  Dung tích lò vi sóng: 26-32 l Anh chị muốn nhiệt độ trung

bình lò vi sóng là bao nhiêu?  Nhiệt độ trung bình: 180-200º C

Anh chị muốn khả năng chịu lưc

của xe là bao nhiêu?  Trọng lượng: 35-40kg

 Khả năng chịu lực: < 150kg Anh chị muốn sử dụng điện áp,

công suất như thế nào?  220AC, 600-1300W Anh chị muốn lò làm bằng vật

liệu gì?  Sử dụng vật liệu độ cứng cao, chịu lực tốt

Anh chị muốn độ an toàn của lò

như thế nào?  Hệ thống: Bảo vệ bộ vi mạch khi quá

tải

 Con người: Có khóa an toàn cho trẻ

em

Anh chị muốn độ bền và bảo

hành sản phẩm như thế nào  Vòng đời sản phẩm: >5 năm

 Chính sách bảo hành:1-2 năm Anh chị muốn giá sản phẩm như

thế nào:  3.200.000 – 6.000.000 VND

Bảng 1.1.2.1: Khảo sát nhu cầu khách hàng

6

1.5 Thiết lập danh sách yêu cầu

Trước khi bắt đầu phát triển sản phẩm, cần phải làm rõ được nhiệm vụ thiết kế một cách chi tiết Việc phân tích nhiệm vụ thiết kế trải qua các bước cơ bản sau:

Nhóm 13 Danh sách yêu cầu cho lò vi sóng 27/04/2023 Thay đổi D/W Yêu cầu Chịu trách

nhiệm

D D D D D D

D D D D D

4 Vật liệu:

Vỏ lò vi sóng chắc chắn làm bằng thép không gỉ, chịu được va đập tương đối

5 Thiết bị điện:

Mạch điều khiển: dùng mạch lò vi sóng điện tử

220V AC

Bảo vệ động cơ và các thiết bị điện:

 Tecmit: nhiệt độ tăng cao hơn mức được cho phép sẽ kích hoạt cơ cấu tổ chức ngắt

mạch điện Tản nhiệt và làm mát:

 Quạt tản nhiệt: Làm mát các bộ phận sinh nhiệt cao trong lò vi sóng (biến thế cao áp

và nguồn phát sóng)

7

D

D

D D D

W D

W W W D

D D W W W W

D W

Quạt tản sóng: Phân bố nguồn sóng đều đặn đảm

bảo làm nóng tất cả các vị trí trong khoang

 Sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường

 Có hệ thống bảo vệ quá dòng, quá áp

8 Quản lý chất lượng

 Hao mòn: 1-3%/năm

 Tuổi thọ: 30000 – 50000 lần nấu thức ăn

 Thời gian hoạt động liên tục: 3 giờ

8

W W

W W W W W D

11 Bảo trì, bảo dưỡng

 Thời gian bảo hành: 1 đổi 1 trong vòng 1 năm khi gặp sự cố kĩ thuật

 Hỗ trợ 20% chi phí thay linh kiện, sửa chữa do lỗi người dùng

 Có đèn phát sáng bên trong khi đang hoạt động Thiết bị hiển thị:

 Màn hình LCD Chuông báo:

 Chuông báo khi đã nấu chín hoặc làm nóng thức ăn

 Sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường

 Có hệ thống bảo vệ quá dòng, quá áp

 Tuổi thọ: 30000 – 50000 lần nấu thức ăn

 Thời gian hoạt động liên tục

 Bảo trì, bảo dưỡng

 Thời gian bảo hành: bảo hành 1 đổi 1 trong vòng 1 năm khi có sự cố kỹ thuật, hỗ trợ chi phí thay đổi, sửa chữa linh kiện do lỗi của người dùng (trong vòng 2

 Động học:

Động cơ

 Động cơ quay đĩa sử dụng điện áp: 220VAC, 50Hz

 Thiết bị điện:

 Mạch điều khiển điện tử 220V AC

 Bảo vệ động cơ và các thiết bị điện

 Sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường

 Có hệ thống bảo vệ quá dòng, quá áp

 Vận hành:

 Có sách hướng dẫn vận hành và cài đặt máy

 Có bánh xe khi di chuyển

 Lắp ráp:

12  Dễ dàng thay thế, lắp đặt các thành phần

 Kết nối các bộ phận cơ khí, điện chắc chắn, an toàn

 Quản lý chất lượng:

 Hao mòn: 2 %/năm

 Tuổi thọ: 40000 lần nấu thức ăn

 Thời gian hoạt động liên tục 3 giờ

 Bảo trì, bảo dưỡng

 Thời gian bảo hành: bảo hành 1 đổi 1 trong vòng 1 năm khi có sự cố kỹ thuật, hỗ trợ 20% chi phí thay đổi, sửa chữa linh kiện do lỗi của người dùng (trong

vòng 2 năm)

 Hỗ trợ kỹ thuật 24/7  Tái Chế

 Các bộ phận có thể tái sử dụng

 Vật liệu thân thiệt môi trường

Giai đoạn 3: Trong mức độ nhất định, khái quát lại kết quả bước trước

 Sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường

 Có hệ thống bảo vệ quá dòng, quá áp

 Thời gian hoạt động liên tục

 Bảo trì, bảo dưỡng

 Thời gian bảo hành, hỗ trợ chi phí sửa chữa

 Hỗ trợ kỹ thuật  Tái Chế

 Các bộ phận có thể tái sử dụng

 Vật liệu thân thiệt môi trường

Giai đoạn 4: Hình thành vấn đề theo các thuật ngữ trung lập trình về giải pháp

Xây dựng sản phẩm cơ điện tử lò vi sóng

2.2 Thiết lập cấu trúc chức năng 2.2.1 Chức năng tổng thể

14

Thức ăn Năng lượng Tín hiệu

15

Thức ăn Năng lượng Tín hiệu

Hình 2.2.1.1: Sơ đồ cấu trúc của lò xi sóng

16

2.2.2 Chức năng con

Chức năng xử lý tín hiệu điều khiển

Chức năng bảo vệ hệ thống điện

Chức năng dẫn động

Chuyển đổi điện – cơ

Kiểm soát đóng mở khi đang hoạt động

17 Phát sóng viba làm chín thức ăn

Hiển thị ra màn hình

2.3 Nguyên lý làm việc 2.3.1 Giải pháp

Tiết kiệm điện Công nghệ Inverter Công nghệ eco

5 Khởi động Nguyên lý gạt Nguyên lý nhấn Nguyên lý cảm ứng

6

Bảo vệ hệ thống điện

Chống ngắn

mạch Nguyên lý rơle nhiệt Nguyên lý cầu chì

Relay trung gian

7 Ngắt khi quá tải Nguyên lý rơle nhiệt

Nguyên lý cầu chì

Relay trung gian

8 Tự động ngắt Cầu chì Relay trung

gian Rơ le nhiệt

9 Chuyển đổi điện năng - cơ năng Động cơ điện

xoay chiều Động cơ bước

19

10

Xử lý tín hiệu và điều khiển

Xử lý tín hiệu PIC Arduino STM32

11 Truyền tín hiệu Dây dẫn Mạch in

12 Trợ sáng huỳnh quang Công nghệ Công nghệ

halogen Công nghệ led

13 Đo nhiệt độ Cảm biến nhiệt Đầu dò điện trở Nhiệt kế

Cảm biến bán dẫn

17 Chọn thời gian LCD cảm ứng Led 7 thanh

18 Kiểm soát đóng mở cửa buồng

nấu Khóa cơ Khóa từ 19 Hãm động cơ Hãm điện Hãm cơ

20 Phát sóng viba Tần số 2450MHz

20

21 Tản nhiệt Quạt Hơi nước

22 Khoang lò Dạng đĩa quay Dạng phẳng

Bảng 2.3.1.1: Lựa chọn biến thể

2.3.2 Kết hợp các nguyên tắc làm việc

Các nguyên tắc làm việc được kết hợp thành các biến thể được biểu diễn như trong bảng 2.1 cụ thể những nguyên tắc được ký hiệu sẽ tạo thành một biến thể Theo bảng 2.1 ta có thể thấy có ba biến thể khác nhau được chọn ra tương ứng: màu vàng biến thể 1, màu xanh biến thể 2, màu đỏ biến thể 3 Từ đây ta xét tới tính khả thi của các biến thể vừa được tạo ra

2.3.3 Lựa chọn biến thể phù hợp

Sau khi kết hợp các nguyên tắc làm việc, ta được 3 biến thể tiểu biểu:

Biến thể 1 :1.1 - 2.1 - 3.1 - 4.1 - 5.3 - 6.1 - 7.1 - 8.3 - 9.1 - 10.1 - 11.2 - 12.1 - 13.2 - 14.1 - 15.1 - 16.1 - 17.1 - 18.1 - 19.1 - 20.1 - 21.2 - 22.2

Biến thể 2 : 1.2 - 2.1 - 3.2 - 4.1 - 5.2 - 6.3 - 7.3 - 8.2 - 9.2 - 10.3 - 11.2 - 12.2 - 13.3 - 14.2 - 15.2 - 16.2 - 17.1 - 18.2 - 19.1 - 20.1 - 21.2 - 22.1

Biến thể 3 : 1.3 - 2.2 - 3.2 - 4.2 - 5.1 - 6.2 - 7.2 - 8.1 - 9.2 - 10.2 - 11.1 - 12.3 - 13.1 - 14.2 - 15.2 - 16.1 - 17.2 - 18.2 - 19.2 - 20.1 - 21.1 - 22.1

Để lựa chọn ra được biến thể phù hợp nhất, ta tiến hành xây dựng các tiểu chí để đánh giá và so sánh các biến thể Tuy nhiên độ phức tạp và quan trọng của các tiểu chí để đánh giá là khác nhau, vì thế có thể bao quát và thấy được mức độ quan trọng của các tiêu chí, ta xây dựng 1 cây mục tiêu

Trong cây mục tiêu bao gồm những tiểu chí đặt ra cho biến thể Trong các tiểu chí lớn có những tiểu chí nhỏ hơn được đặt ra Số điểm bên trải (W) là độ quan trọng của tiêu chí đó với tiểu chí lớn hơn, số bên phả (Wt) là độ quan trọng của tiểu chí đó với tổng thể hệ thống hình

2.4 Tổng hợp và đánh giá các biến thể

- Các chức năng con đã được xác định và đánh các chức năng con theo những mức độ khác nhau