Bài tập lớn môn trang bị điện điện tử trong máy công nghiệp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH  BÀI TẬP LỚN MÔN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TRONG MÁY CÔNG NGHIỆP GVBM: PGS.TS Ngô Hà Quang Thịnh STT Họ tên MSSV Phân chia công Điểm việc 1 Phan Thanh Tuấn 2115184 2115151 Tổng hợp 2 Phan Quang Trường 2114728 Power Point 2114384 Chương 1 3 Nguyễn Nhật Tân 2111799 Chương 2 Chương 3 4 Phạm Tấn Phát 5 Lê Nhật Nam TP.Hồ Chí Minh, Tháng 11 năm 2023 Lời mở đầu Trong thời đại hiện nay, sự phát triển không ngừng của công nghệ đã biến đổi mọi khía cạnh của cuộc sống và sản xuất công nghiệp Điều này đã đặt ra một sự yêu cầu ngày càng tăng về hiệu suất, độ chính xác và tự động hóa trong hệ thống cơ điện tử Trong bối cảnh đó, DC servo motor (động cơ DC servo) đóng vai trò ngày càng quan trọng và không thể thiếu Được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất công nghiệp đến y tế và các thiết bị điện tử cá nhân, servo motor đã trở thành một trong những công nghệ tiên tiến quyết định sự thành công của các ứng dụng hiện đại Để hiểu rõ và kiểm soát được công nghệ servo motor, chúng ta cần nắm vững từng khía cạnh của nó, từ nguyên tắc hoạt động đến ứng dụng thực tế và tiềm năng phát triển trong tương lai Chúng ta không thể dừng lại ở mức hiểu biết bề ngoài; phải đi sâu vào hệ thống, phải hiểu rõ cách nó hoạt động và cách tối ưu hóa hiệu suất Chúng ta không thể giam mình trong sự thoải mái của sự hiểu biết hiện tại, mà phải liên tục học hỏi, tìm hiểu và áp dụng kiến thức mới Trong bối cảnh này, chúng ta đặt ra câu hỏi: Liệu có thể tận dụng được toàn bộ tiềm năng của DC servo motor? Đó là thách thức mà chúng ta phải đối mặt và vượt qua Bài báo cáo này không chỉ là sự trình bày thông tin, mà còn là một lời kêu gọi đối diện với sự phức tạp và thách thức mà công nghệ servo motor đưa ra Hãy sẵn sàng cùng chúng tôi khám phá và chinh phục thế giới của DC servo motor, để tận dụng toàn bộ tiềm năng của nó và xây dựng một tương lai sáng hơn, chắc chắn hơn Mục lục Chương I ĐỘNG CƠ DC SERVO MOTOR 2 1 Giới thiệu động cơ DC servo motor 2 2 Cấu tạo động cơ DC servo motor 2 3 Nguyên lí hoạt động 8 4 Phân loại động cơ DC servo motor 10 Chương II ĐỘNG CƠ SERVO TOWERPRO SG90 14 1 Giới thiệu về động cơ servo Towerpro SG90 14 2 Tìm hiểu về động cơ servo Towerpro SG90 15 2.1 Thông số kỹ thuật của động cơ servo SG90 16 2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ servo 16 2.3 Cách đi dây và kết nối 17 2.4 Tín hiệu PLC: Ý nghĩa và cách sử dụng hiệu quả 18 3 Ứng dụng của động cơ servo TowerPro SG90 19 3.1 Động cơ servo SG90 trong Robotics 20 3.2 Vai trò của động cơ servo SG90 trong xe RC 21 3.3 Sử dụng Động cơ servo TowerPro SG90 trong các dự án DIY 21 3.4 Động cơ servo SG90 trong tự động hóa công nghiệp 22 4 Ưu nhược điểm của động cơ servo SG90 24 4.1 Ưu điểm của động cơ servo SG90 24 4.2 Nhược điểm của động cơ TowerPro SG90 27 Chương III SO SÁNH ĐỘNG CƠ DC SERVO VỚI STEP 30 1 Tổng quan về động cơ bước (step motor) 30 1.1 Các bộ phận chính của động cơ bước là: 30 1.2 Nguyên lý hoạt động: 31 2 So sánh DC servo và step 31 2.1 So sánh thiết kế 31 2.2 So sánh nguyên lý làm việc 32 2.3 So sánh các chỉ số hiệu suất 32 Chương IV SO SÁNH ĐỘNG CƠ DC SERVO VỚI AC SERVO 33 Tài liệu tham khảo 34 1 Chương I ĐỘNG CƠ DC SERVO MOTOR 1 Giới thiệu động cơ DC servo motor Động cơ DC cùng với cơ chế servo (hệ thống điều khiển vòng kín) hoạt động như một động cơ servo về cơ bản được sử dụng làm bộ chuyển đổi cơ khí trong ngành tự động hóa Không giống như các động cơ thông thường khác Trục quay của động cơ servo có thể được di chuyển đến một góc, một vị trí và một vận tốc cụ thể Động cơ servo sẽ sử dụng một motor kết hợp với cảm biến để hồi tiếp lại vị trí Trong đó, mạch điều khiển là bộ phận quan trọng nhất của động cơ servo Thông thường khi phân loại động cơ servo, chúng ta sẽ chia làm hai loại dựa trên ứng dụng của nó là: AC servo motor và DC servo motor Tuy nhiên cách phân loại trên chưa rõ ràng và khó hiểu cho các bạn lần đầu tìm hiểu về động cơ này Do đó tôi sẽ phân loại theo một cách khác Đó là dựa vào ba yếu tố chính là: - Dòng điện mà chúng sử dụng: có AC và DC - Động cơ có sử dụng chổi than hay không - Động cơ đồng bộ hay bất đồng bộ Động cơ servo DC cũng có tất cả các tính năng của một servo bình thường nhưng sử dụng dòng một chiều và được sử dụng trong các ngành công nghiệp và tự động hóa 2 Cấu tạo động cơ DC servo motor Rotor và Stator: giống như hầu hết các loại motor, DC servo motor có hai thành phần chính là rotor (phần quay) và stator (phần tĩnh) - Stator : chỉ phần đứng yên không chuyển động của một hệ thống máy quay Stator được cấu tạo từ 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn Ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy được làm bằng gang 2 • Phần lõi thép stato có dạng hình trụ với các lá thép kỹ thuật điện có dập rãnh bên trong, sau đó ghép lại tạo thành các rãnh theo hướng trục Phần lõi thép này được ép vào phía bên trong vỏ máy • Bộ phận dây quấn stato có thể là dây thép hoặc nhôm, nhưng vì để giảm thiểu thiệt hại trong động cơ mà hiện nay, hầu hết các nhà sản xuất thường sử dụng dây đồng được đặt trong các rãnh của lõi thép có bọc cách điện - Rotor: để chỉ phần chuyển động, phần động, phần quay của máy như trong động cơ điện hay máy phát điện, là phần ngược lại của stator Rotor bao gồm hai bộ phận chính là: • Lõi thép: gồm các lá thép kỹ thuật điện giống stato, các lá thép này lấy từ phần ruột bên trong khi dập lá thép stator Mặt ngoài có xẻ rãnh đặt dây quấn rotor Ở giữa có lỗ để gắn với trục máy Trục máy được gắn với lõi thép rôto và làm bằng thép tốt • Rotor dây quấn: được đặt trong lõi thép rotor, có dây quấn giống như dây quấn stato Trong máy điện công suất trung bình trở lên, dây quấn rôto thường 3 là kiểu dây quấn sóng hai lớp vì bớt được dây đầu nối, kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ Trong máy điện cỡ nhỏ, thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp Dây quấn rotor gồm ba bộ dây, đặt lệch nhau 120 độ điện, đấu hình sao, ba đầu ngõ ra được nối với ba vành trượt bằng đồng Ba vành trượt này được cách điện với nhau và với trục Tỳ trên ba vành trượt là ba chổi than để nối mạch điện với điện trở bên ngoài (điện trở này có thể là điện trở mở máy hoặc điện trở điều chỉnh tốc độ) Trục: Thường là một trục tích hợp được gia công như một phần của rotor Được hỗ trợ bởi ống lót hoặc vòng bi Trục của động cơ DC servo motor thường có đặc tính linh hoạt và có thể được tích hợp với các loại khớp nối khác nhau để kết nối với các thiết bị ngoại vi hoặc máy móc khác Các loại vật liệu phổ biến được sử dụng để chế tạo trục động cơ servo bao gồm: thép, nhôm, titan,… Lựa chọn vật liệu cho trục của động cơ DC servo motor thường phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng, bao gồm môi trường làm việc, tải trọng, độ chính xác, và các yếu tố kỹ thuật khác 4 Chổi than: Đây là một thành phần quan trọng của động cơ DC có chổi than Chúng là nguyên liệu tiếp xúc với cực nam châm của rotor, giúp truyền dòng điện từ nguồn ngoại vào cuộn dây của rotor Chổi than tạo ra liên kết điện từ cực nam châm đến rotor, tạo ra từ trường cần thiết để động cơ quay Chổi than được thiết kế dạng hình bàn chải, được cấu tạo từ than đá gồm có thành phần chính là carbon và một số hợp chất khác (như đồng hoặc niken), Chổi than cung cấp điện tải cho cổ góp thông qua lò xo Bên trong chổi than chứa 1 dây dẫn điện kèm 1 đầu sẽ được gắn keo (hoặc sử dụng chốt) đặt bên trong có độ dài khoảng 3 - 5 mm Trong khi, bên ngoài chổi than là tấm than sẽ được đánh dấu để người dùng nhận biết được độ mòn cũng như thời điểm cần phải thay chổi than mới • Ưu điểm: Giá thành thấp, dễ bảo trì và dễ sửa chữa Đây là một giải pháp phổ biến trong các ứng dụng yêu cầu một động cơ vận hành ổn định với tải nhẹ và trung bình • Nhược điểm: Thuật ngữ "bị mòn chổi than" có thể xảy ra, đòi hỏi bảo dưỡng định kỳ, và có thể làm giảm tuổi thọ và hiệu suất của động cơ sau một thời gian sử dụng 5 Cuộn cảm: Cấu tạo của cuộn cảm là những vòng dây được quấn lại với nhau theo nhiều vòng Loại dây quấn sẽ được đơn emay cách điện cực tốt Ngoài ra, cấu tạo cuộn cảm còn có phần lõi dây được làm từ nhiều vật liệu khác nhau: không khí, vật liệu dẫn từ như Ferrite, lõi thép… Bộ điều khiển (Control Unit): Điều khiển là một phần quan trọng của servo motor Nó nhận tín hiệu điều khiển và thông tin phản hồi từ cảm biến (như encoder) để điều chỉnh dòng điện đưa vào motor, điều chỉnh vị trí hoặc góc quay theo yêu cầu Encoder hoặc Cảm biến Phản Hồi: Đây là thành phần quan trọng để cung cấp thông tin về vị trí hoặc góc quay của rotor cho bộ điều khiển Encoder hoặc cảm biến tạo ra tín hiệu phản hồi về vị trí hoặc góc quay, giúp bộ điều khiển điều chỉnh dòng điện đưa vào motor để duy trì vị trí mong muốn 6 Bộ giảm tốc (nếu có): Trong một số trường hợp, servo motor có thể đi kèm với bộ giảm tốc để điều chỉnh tốc độ và tăng cường moment quay Thường sử dụng bánh răng thúc đẩy Bộ kết nối và nguồn điện: Các điều kiện kết nối với nguồn điện để cung cấp năng lượng cho motor và các bộ phận điều khiển khác 7 3 Nguyên lí hoạt động Động cơ DC servo là một loại động cơ DC, vận hành dựa trên nguyên lý của từ trường điện từ Điều khiển dòng điện đưa từ nguồn điện vào cuộn dây của rotor tạo ra từ trường Nguyên lý hoạt động chính của động cơ DC servo có thể được mô tả như sau: 8