thiết kế chế tạo hệ thống chấp hành cho máy quấn biến áp tự động

Theo xu hướng đó, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công máy “Máy Quấn Dây Biến Thế Tự Động”là một việc vô cùng cấp thiết, để từ đó có thể thực hiện cải tiến các máy công cụ tru

LỜI NÓI ĐẦU -
-

Trong công cuộc đổi mới đất nước, với mục tiêu chiến lược Công nghiệp hóa

- hiện đại hóa đất nước, nhằm đưa nền kinh tế phát triển với tốc độ cao nhằm sánh vai cùng với các quốc gia phát triển trên thế giới, trong đó lĩnh vực tự động hóa đóng vai trò rất quan trọng

Cơ - Điện tử là ngành khoa học tổng hợp liên ngành của cơ khí chính xác, điện tử, điều khiển và tư duy hệ thống trong thiết kế và phát triển sản phẩm Đây là ngành rất quan trọng và không thể thiếu trong sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện đại

Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ điều khiển kỹ thuật số và điều khiển bằng máy tính vào trong các lĩnh vực công nghiệp đang trở nên ngày càng phổ biến đặc biệt là việc ứng dụng các máy móc Điều này dẫn đến việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các máy điều khiển số là một điều tất yếu trong công cuộc công nghệp hóa hiện đại hóa đất nước

Theo xu hướng đó, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công máy “Máy Quấn Dây Biến Thế Tự Động”là một việc vô cùng cấp thiết, để từ đó có thể thực hiện cải tiến các máy công cụ truyền thống vẫn còn đang tồn tại ở một số cơ sở sản xuất trở thành máy quấn dây tự động với một giá thành chấp nhận được trong điều kiện nền công nghiệp còn non kém như ở nước ta

Từ những cơ sở trên, chúng em quyết định chọn mô hình máy “Quấn Dây Biến Thế Tự Động” làm đề tài nghiên cứu

Mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thiện hệ thống nhưng còn nhiều khó khăn về tài chính cũng như kiến thức nên không tránh khỏi những thiếu sót Mong nhận được sự đóng góp của Quý thầy cô Chúng em xin chân thành cảm ơn

thầy Vũ Thăng Long và các thầy trong bộ môn Cơ điện tử đã giúp đỡ trong suốt

thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn,

và kính chúc Quý thầy cô dồi dào sức khỏe

Nha Trang, tháng 6 năm 2012 Sinh viên thực hiện

Lê Hữu Bách

MỤC LỤC

Trang LỜI NÓI ĐẦU i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH iv

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MÁY VỀ QUẤN DÂY BIẾN ÁP TỰ ĐỘNG 1

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 2

1.1.1 Cấu tạo chung của máy quấn dây 3

1.1.2 Phương pháp phối hợp và điều khiển các cơ cấu trong máy quấn dây 3 1.2 SO SÁNH MÁY QUẤN DÂY BIẾN ÁP BẰNG TAY VÀ MÁY QUẤN DÂY BIẾN ÁP TỰ ĐỘNG 3

1.3 SỰ CẦN THIẾT PHẢI TỰ ĐỘNG HÓA MÁY QUẤN DÂY 4

1.3.1 Nâng cao năng suất 4

1.3.2 Giảm chi phí nhân công 4

1.3.3 Nâng cao chất lượng sản phẩm 4

1.3.4 Rút ngắn thời gian sản xuất 5

1.3.5 Tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh, năng suất chất lượng ổn định 5 1.4 GIỚI THIỆU MỘT SỐ SẢN PHẨM MÁY QUẤN DÂY CÓ TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY 5

1.4.1 Máy quấn dây tự động biến áp hình xuyến 5

1.4.2 Máy quấn động cơ biến áp BA-X250 8

1.4.3.Máy quấn dây biến áp RX13-5020 và RX15-3640 10

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 12

2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 13

2.2.1 Các phương án thiết kế 13

2.2.2 Thiết kế phần cơ khí cho máy quấn dây biến áp tự động 18

2.2.3 Phân tích lựa chọn động cơ và trục vít me 21

2.2.4 Vật liệu chế tạo máy quấn dây biến áp tự động 36

2.2.5 Thiết kế mạch điều khiển 42

2.2.6 Sơ đồ giải thuật 54

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 56

3.1 THỰC NGHIỆM VÀ KIỂM TRA KẾT CẤU CỦA MÁY QUẤN DÂY 57 3.2 THỰC NGHIỆM KIỂM TRA ĐỘNG CƠ 62

3.3 KIỂM TRA NGUỒN 63

3.4 KIỂM TRA MẠCH ĐIỀU KHIỂN, CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH 63

3.5 THỰC NGHIỆM SẢN PHẨM 64

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 66

4.1 KẾT LUẬN 67

4.2 ĐỀ XUẤT 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

PHỤ LỤC 70

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Máy quấn dây diện 2

Hình 1.2 Máy quấn dây AM3175 2

Hình 1.3 Máy quân dây biến áp bằng tay 3

Hình 1.4 Máy quấn dây tự động 4

Hình 1.5.Máy quấn dây biến áp hình xuyến 5

Hình 1.6.Máy quấn dây động cơ biến áp BA-X250 9

Hình 1.7.Máy quấn dây RX13-5020 10

Hình 2.1 Mô hình máy quấn dây phương án 1 14

Hình 2.2 Mô hình máy quấn dây biến áp2 (mặt trước) 15

Hình 2.3 Mô hình máy quấn dây biến áp2(mặt đặt ngang) 15

Hình 2.4 Mô hình máy quấn dây biến áp3(mặt trước) 16

Hình 2.5 Mô hình máy quấn dây biến áp(mặt nhìn từ trên xuống 17

Hình 2.6 Bản vẽ chế tạo của khung máy quấn dây 18

Hình 2.7 Khung máy quấn dây 18

Hình 2.8 Khung bên máy quấn dây biến áp .19

Hình 2.9 Khung ngang máy quấn dây biến áp 19

Hình 2.10 Bản vẽ trục vitme dẫn hướng 19

Hình 2.11 Cơ cấu căng dây 20

Hình 2.12 Cơ cấu hộp giảm tốc 20

Hình 2.13 Cơ cấu rải dây 21

Hình 2.14 Động cơ bước 22

Hình 2.15 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động động cơ bước nam châm vĩnh cửu 23

Hình 2.16 Sơ đồ cấu trúc động cơ bước nam châm vĩnh cửu 2 pha 24

Hình 2.17 Động cơ bước biến từ trở ba pha, bốn cặp cực 25

Hình 2.18 Cấu trúc trong động cơ lai 27

Hình 2.19 Cách quấn dây trong động cơ lai 27

Hình 2.20 Kết cấu thực tế của động cơ lai 27

Hình 2.21 Đồ thị quan hệ giữa momen – tần số bước .29

Hình 2.22 Là giản đồ thời gian khi điều khiển theo hai cách 31

Hình 2.23 Một số loại động một chiều DC 31

Hình 2.24 Một số loại trục vít_đai ốc 32

Hình 2.25 Bộ truyền trục vít_đai ốc 32

Hình 2.26 Trục vít ren hình thang 33

Hình 2.27 Trục vít ren hình chữ nhật 33

Hình 2.28 Trục vít ren hình răng cưa 33

Hình 2.29 Kết cấu vít me – đai ốc bi chuyên dùng 35

Hình 2.30 Bộ truyền trục vít_đai ốc bi 36

Hình 2.31 Thép V 37

Hình 2.32 Que hàn 38

Hình 2.33 Các loại bulông – đai ốc 38

Hình 2.34 Kết cấu ổ lăn 39

Hình 2.35 Một số loại ổ lăn 40

Hình 2.36 Một số loại bánh răng 40

Hình 2.37 Mô hình mặt trước của sản phẩm 41

Hình 2.38 Mô hình mặt sau của sản phẩm 41

Hình 2.39 Hình dạng bên ngoài của ATEMEGA32 44

Hình 2.40 Sơ đồ chân của ATEMEGA 32 44

Hình 2.41 Sơ đồ khối Atemega32 45

Hình 2.42 Nguồn máy tính 47

Hình 2.43 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 47

Hình 2.44 Nguồn nối giữa nguồn máy tính với mạch công suất 48

Hình 2.45 Sơ đồ khối hiển thị LCD 49

Hình 2.46 Hình LCD 16x2 49

Hình 2.47 Linh kiện OPTO 50

Hình 2.48 Linh kiện IRF540 50

Hình 2.49 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước 1(động cơ quấn) 51

Hình 2.50 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước 2(trục vitme) 51

Hình 2.51 Sơ đồ mạch layout 52

Hình 2.52 Mạch điều khiển 53

Hình 2.53 Sơ đồ bàn phím 53

Hình 2.54 Lưu đồ giải thuật điều khiển phối hợp hai động cơ 54

Hình 2.55 Lưu đồ giải thuật điều khiển phối hợp hai động cơ 55

Hình 3.1 Hình ảnh mặt trước máy quấn dây biến áp tự động 57

Hình 3.2 Hình ảnh mặt sau máy quấn dây biến áp tự động 57

Hình 3.3 Cơ cấu trục vítme – đai ốc bi 58

Hình 3.4 Cơ cấu căng dây và rải dây 58

Hình 3.5 Cơ cấu truyền động xích và bánh răng 58

Hình 3.6 Cơ cấu đảm bảo độ cân bằng của phần rải dây 59

Hình 3.7 Cơ cấu hộp giảm tốc 59

Hình 3.8 Cơ cấu trục quấn và bộ phận đảm bảo độ đồng tâm 60

Hình 3.9 Cơ cấu bulong đai ốc 60

Hình 3.10 Hệ thống dây điện và mạch điện 61

Hình 3.11 Bộ phận đặt cuộn dây đồng 61

Hình 3.12 Bộ phận thiết lập thông số và hiển thị 62

Hình 3.13 Kiểm tra nguồn cho vi điều khiển 63

Hình 3.14 Sơ đồ kết nối dây điện 64

Hình 3.15 Sản phẩm biến áp quấn có chiều dài 4.7 cm 64

Hình 3.15 Sản phẩm biến áp quấn có chiều dài 4 cm 65

CHƯƠNG 1

DÂY BIẾN ÁP TỰ ĐỘNG

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Máy quấn dây có nhiều chủng loại khác nhau, nếu phân loại theo chức năng

ta có các loại máy điển hình sau: Máy quấn dây cáp điện, máy quấn dây hàn (như dây chuyền H8A-VD, W49-VD ở nhà máy que hàn Việt Đức), máy quấn dây máy điện quay, máy quấn dây biến áp

Hình 1.1 Máy quấn dây diện

Hình 1.2 Máy quấn dây AM3175

1.1.1 Cấu tạo chung của máy quấn dây

Một máy quấn dây có thể chia làm những phần chính sau: phần cơ khí, phần điều khiển tự động, phần động cơ

+ Phần cơ khí gồm: Cơ cấu quấn dây, Cơ cấu rải dây, Cơ cấu nhả dây…v.v + Phần động cơ điện: Động cơ quấn dây, Động cơ rải dây

+ Phần điều khiển: Bàn phím giao tiếp, màn hình hiển thị, bộ xử lý trung tâm điều khiển: gồm có Card vi điều khiển có cài đặt chương trình điều khiển và giao diện giao sát, đo lường trên máy tính hoặc màn hình hiển thị, hệ thống này có chứ năng cài đặt các thông số và giám sát quá trình hoạt động của máy quấn dây

1.1.2 Phương pháp phối hợp và điều khiển các cơ cấu trong máy quấn dây

Để quấn dây đều, đẹp, không bị đứt ta phải phối hợp việc điều khiển tốc độ động cơ rải dây và động cơ quấn dây Nếu tốc độ động cơ quấn chạy với tốc độ nhanh thì động cơ rải dây cũng phải nhanh Việc rải dây này diển ra liên tục trong một vòng quấn dây Còn để dây quấn không bị đứt nhưng vẩn đảm bảo độ căng cần thiết thì ta phải có cơ cấu tạo độ căng dây Như vậy các động cơ này phải có sự ràng buộc lẩn nhau, dưới sự giám sát của bộ điều khiển trung tâm thông qua vi xử lý

1.2 SO SÁNH MÁY QUẤN DÂY BIẾN ÁP BẰNG TAY VÀ MÁY QUẤN DÂY BIẾN ÁP TỰ ĐỘNG

Đối với máy quấn biến áp truyền thống là phải sử dụng tay để Việc quấn và điều chỉnh hoàn toàn là do con người thực hiện, gây lãng phí một khoảng thời gian, thêm vào đó là sự liên kết giữa các lớp dây không được chắc chắn, gây ra hiện tượng oxy hóa lớp dây đồng được quấn do tiếp xúc nhiều với tay chân người làm ra

nó, số sản phẩm tạo ra trong một đơn vị thời gian nhỏ, kém kinh tế

Hình 1.3 Máy quân dây biến áp bằng tay

Hình 1.4 Máy quấn dây tự động

Nhưng ngược lại, máy quấn biến áp tự động là một khác biệt to lớn đó là: Con người chỉ cần nhập các thông số như loại biến áp hoặc số vòng cần quấn… Việc quấn và điều khiển hoàn toàn tự động không có sự can thiệp của của con người, việc duy nhất là gá lõi biến áp vào đúng vị trí yêu cầu, hệ thống sẽ tự động quấn và điều chỉnh đúng các thông số kĩ thuật Số sản phẩm tạo ra lớn hơn gấp nhiều lần so với phương pháp thủ công Mang lại hiệu quả kinh tế cao

1.3 SỰ CẦN THIẾT PHẢI TỰ ĐỘNG HÓA MÁY QUẤN DÂY

1.3.1 Nâng cao năng suất

Tự động hóa các quá trình sản xuất hứa hẹn việc nâng cao năng suất lao động Điều này có nghĩa tổng sản phẩm đầu ra đạt năng suất cao hơn so với hoạt động bằng tay tương ứng

1.3.2 Giảm chi phí nhân công

Xu hướng trong xã hội công nghiệp của thế giới là chi phí cho công nhân không ngừng tăng lên Kết quả là đầu tư cao lên trong các thiết bị tự động hoá đã trở nên kinh tế hơn để có thể thay đổi chân tay Chi phí cao của lao động đang ép các nhà lãnh đạo doanh nghiệp thay thế con người bằng máy móc Bởi vì máy móc

có thể sản xuất ở mức cao, việc sử dụng tự động hoá đã làm cho chi phí trên một đơn vị sản phẩm thấp hơn

1.3.3 Nâng cao chất lượng sản phẩm

Các hoạt động tự động hoá không chỉ sản xuất với tốc độ nhanh hơn so với làm bằng tay mà còn sản xuất với sự đồng nhất cao hơn và sự chính xác đối với các tiêu chuẩn chất lượng

1.3.4 Rút ngắn thời gian sản xuất

Tự động hoá cho phép nhà sản xuất rút ngắn thời gian giữa việc đặt hàng của khách hàng và thời gian giao sản phẩm Điều này tạo cho người có ưu thế cạnh tranh trong việc tăng cường dịch vụ khách hàng tốt hơn

1.3.5 Tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh, năng suất chất lượng ổn định

Đầu tư vào các dây chuyền tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh hơn so với việc đầu tư đào tạo con người Đồng thời năng suất, chất lượng sản phẩm ổn định

1.4 GIỚI THIỆU MỘT SỐ SẢN PHẨM MÁY QUẤN DÂY CÓ TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY

Máy quấn biến áp tự động được thiết kế dựa trên những ý tưởng khác nhau, chính vì lý do nay máy quấn biến áp tự động có nhiều kết cấu khác nhau

1.4.1 Máy quấn dây tự động biến áp hình xuyến

Thiết bị tự động quấn dây điện từ trực tiếp vào lõi biến áp hình xuyến mang lại hiệu quả kinh tế xã hội cao, đồng thời có khả năng áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Đây là sản phẩm thiết bị được nghiên cứu thiết kế, chế tạo hoàn toàn mới tại Việt Nam, thiết bị này ra đời đã thay thế hoàn toàn thiết bị nhập khẩu với giá thành chỉ bằng 50% - 60% giá máy nhập ngoại Công trình do kỹ sư Kỳ Thiết Bảo, Giám đốc công ty TNHH sản xuất thương mại dịch vụ Thiết Bảo (Quận Gò Vấp –

TP Hồ Chí Minh) thiết kế, chế tạo

Hình 1.5.Máy quấn dây biến áp hình xuyến

Biến áp hình xuyến có những tính năng đặc biệt như: Mạch từ được chế tạo bằng quấn tròn giải lá tôn liên tục hoặc đúc liền khối bằng ferit Do mạch từ kín không mối ghép nên không phát sinh từ thông tản, tiếng ù, nhiễu điện từ tới các linh kiện điện tử bố trí gần Biến áp hình xuyến có hiệu suất sử dụng cao hơn biến áp trụ lõi chữ E-I từ 10% đến 15% Biến áp hình xuyến được ứng dụng trong nhiều thiết bị máy móc công nghiệp và dân dụng như: Biến áp tự động ổn áp, biến áp tự ngẫu,

biến áp công tắc đo dòng, biến áp nguồn.v.v…

Thời gian qua, trong nước đã có một số nhà kỹ thuật nghiên cứu chế tạo, nhưng còn mang tính chắp vá, chưa phải là sản phẩm công nghiệp Các tính năng kỹ thuật vẫn còn thấp so với máy nhập ngoại, cụ thể: Phần điện điều khiển sử đụng mạch rơ le, không thể tự động hóa linh hoạt Động cơ quấn chỉ chạy 1 tốc độ chưa

có giải pháp điều khiển, thay đổi tốc độ quấn bằng cách chuyển đổi tầng pu ly - đai truyền động Thiết kế nguyên lý kết cấu truyền động quá thô sơ đơn giản Các chi tiết quan trọng chính của máy như: Vành răng, bánh răng, vành chứa dây được thiết

kế chế tạo chưa hợp lý, chủ yếu là chắp nhặt tận đụng các chi tiết cũ Truyền động rải xếp lớp dây có thao tác bằng tay tốn nhiều công, nhưng lớp dây vẫn không đều Kết cấu vành quấn và vành nạp dây đóng mở bằng cách tháo rời mảnh nới, thao tác rất khó khăn tốn nhiều thời gian

Như vậy với kết cấu máy như trên chỉ giải quyết được phần nào thao tác quấn và luồn dây Còn việc điều chỉnh tốcđộ quấn vô cấp và tự động rải dây xếp lớp đều theo nguyên tắc truyền động bánh thì vẫn chưa giải quyết được Đồng thời không thể quấn được các loại biến áp có đường kính dây dưới 0.5mmvà đường kính

lỗ trong lõi dưới 40mm Nhập khẩu máy từ nước ngoài là việc khó khăn đối với doanh nghiệp vừa và nhỏ do phải đầu tư kinh phí tương đối lớn Ví dụ: Máy do Đài Loan sản xuất có giá 13.500USD, máy do CHLB Đức sản xuất có giá 30.000USD

Trên thị trường điện - điện tử hiện nay, nhu cầu cần cung cấp rất nhiều loại biến áp hình xuyến khác nhau, tùy theo công suất và đặc tính sử dụng Để đáp ứng việc chế tạo được tất cả các dạng biến áp trên, nhóm kỹ sư đã tiến hành nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống 5 thiết bị tự động quấn khác nhau, mỗi thiết bị có thể thực

hiện quấn được một giải kích thước kết cấu lõi mạch từ Với 5 loại thiết bị này, có thể quấn được hầu hết các loại lõi biến áp hình xuyến đang có mặt trên thị trường hiện nay Các cải tiến kỹ thuật chung các thiết bị trên gồm: Thay kết cấu vành răng phải tháo lắp mảnh răng ghép bằng vành răng hở miệng: Làm cho động tác tháo lắp lõi biến áp trở nên đơn giản và nhanh Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo và chọn vật liệu hợp lý để xử lý hiện tượng giãn hoặc co vành răng khi cắt mở miệng Cải tiến hệ thống truyền động quay vành răng từ 2 bánh răng bằng bộ truyền động 7 bánh răng có cơ cấu vi chỉnh ăn khớp, làm cho hệ thống truyền động êm, lực kéo vành giãn đều, tăng độ bền vành răng.Vành răng quay trượt trên vành trượt đồng thau thay thế cho bộ 5 con lăn trợ lực cho vành răng kém và phát tiếng kêu ồn khi máy chạy tốc độ cao Bộ truyền động rải được thay thế cơ cấu rải quay tay bằng bộ truyền động từ động cơ bước (steping moter), thông cơ cấu hộp số và bộ điện điều khiển theo chương trình tạo ra chuyển động bám với chuyển động quấn theo trị số bước dây đã cài đặt

Truyền động quấn sử dụng bộ biến tần (inverter) có thể điều chỉnh tốc độ quấn vô cấp và momen linh hoạt trong quá trình quấn.Vành chứa dây được thiết kế

mở miệng bằng khớp bản lề, khóa gài tự động, kết cấu này làm cho vành cứng cáp vững vàng, thao tác nhanh thay hơn trước đây dùng vành kết cấu mảnh tháo rời Vành chứa dây là chi tiết khó chế tạo, vì vậy phải thiết kế quy trình công nghệ chế tạo và chọn vật liệu hợp lý để xử lý hiện tượng giãn hoặc co vành khi cắt mở miệng bằng tia lửa điện Ứng dụng vi điều khiển Viết phần mềm và thiết chế tạo bản mạch điện tử cho hệ thống tự động điều khiển theo chương trình Máy có thể hoạt động tự động theo chương trình cài đặt Bộ nhớ của máy có thể nhớ được 31 chương trình chính của 31 loại biến áp khác nhau, mỗi chương trình chính chứa 31 chương trình phụ là thông số 31 đầu ra của 1 loại biến áp

Việc ứng dụng vi điều khiển vào sẽ giúp máy làm việc chính xác tin cậy, thay đổi hoặc chuyển thông số nhanh Sản phẩm biến áp làm ra đẹp, ổn định, năng suất cao Thiết kế tổng thể, tạo dáng và mỹ thuật công nghiệp Toàn bộ quá trình thiết kế tổng thể, chi tiết, tạo dáng và hoạt động mô phỏng thực hiện trên phần mềm

chuyên dụng, vì vậy, có thể lựa chọn nhanh chóng các phương án kết cấu hình dáng hợp trên máy tính Đồng thời, ứng dụng các công nghệ mới nhập khẩu để thiết kế, chế tạo đề can, bảng điện điều khiển tạo nên một thiết bị có hình thức kiểu dáng công nghệ cao, hiện đại Hiệu quả kinh tế xã hội và khả năng áp dụng đây là sản phẩm thiết bị được nghiên cứu thiết kế, chế tạo hoàn toàn mới tại Việt Nam, thiết bị này ra đời đã thay thế hoàn toàn thiết bị nhập khẩu với giá thành chỉ bằng 50% - 60% giá máy nhập ngoại Tiết kiệm một khoản đầu tư thiết bị không nhỏ cho các doanh nghiệp

Thiết bị này là một phần trong dây chuyền công nghệ chế tạo biến áp đã được triển khai ứng dụng hầu hết các cơ sở nhà máy chế tạo biến áp trong nước, như Trung tâm thí nghiệm điện - TP Hồ Chí Minh; Công ty TNHH điện máy công nghiệp Việt Đức - Hà Nội; Nhà máy Hải quân X56 – Hải Phòng; Công ty TNHH Chế tạo máy biến áp MiBa – Hưng Yên… Qua việc thành công chế tạo ứng dụng thiết bị tự động quấn đây, chúng ta đã tích lũy học hỏi được không ít kiến thức chuyên môn, đồng thời đã tập hợp đào tạo được một đội ngũ cán bộ công nhân kỹ thuật cớ kinh nghiệm và tay nghề cao trong ngành cơ điện tử - tự động hóa, một ngành đang được Nhà nước ưu tiên hỗ trợ phát triển

1.4.2 Máy quấn động cơ biến áp BA-X250

Máy quấn dây động cơ biến áp BA-X250 do công ty Cơ điện tử Đại Thanh sản xuất sử dụng động cơ 3 pha 220V, công suất động cơ 1, 5KW Được cấp nguồn 220V-3 pha có tần số 50-60Hz nên có vận tốc quay và mômen quấn lớn và có thể điều chỉnh vô cấp bằng hai biến tần 2KW, do đó có thể thay đổi tốc độ quấn dây phù hợp với kích thước đường kính của từng lỏi biến áp Bên cạnh đó với việc sử dụng động cơ sevo DC 220W giúp cho hành trình rải dây được điều chỉnh hợp lý phù hợp với từng lỏi biến thế áp và khả năng truyền động bám chính xác Loại máy này có bước rải thay đổi tương đối nhỏ từ 0 đến 10mm do đó có thể quấn được các lỏi dây biến áp có đường kính rất nhỏ từ 0.01-2.0mm mà vẩn đảm bảo độ chính xác

và có hành trình lên đến 320mm

Hình 1.6.Máy quấn dây động cơ biến áp BA-X250

Bảng 1.1: Thông số của máy quấn dây BA-X250

 Có khả năng truyền động và bám chính xác

 Có hành trình rải tương đối lớn

1.4.3.Máy quấn dây biến áp RX13-5020 và RX15-3640

Loại máy này thuộc máy cuốn dây chế độ nối tiếp tự động kiểu nằm, phù hợp với các công việc cuộn dây của cuộn dây stato động cơ dòng điện xoay chiều, dòng điện một chiều và các cuộn dây cảm ứng điện Loại này được điều khiển bằng máy tính, bảng mạch và một động cơ bước tự động hoàn thành các khâu vận hành như thiết lập chế độ dừng, đệm và khoảng cách nhảy chính xác lớp đệm thông qua bảng điều khiển tùy ý các thông số như đường kính dây, số vòng dây, khoảng cắt nhau và khoảng cách nhảy.v.v theo yêu cầu

Hình 1.7.Máy quấn dây RX13-5020

Bảng1.2: Thông số của máy RX13-5020 và RX15-3640

CHƯƠNG 2

DUNG NGHIÊN CỨU

2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu và chế tạo máy quấn dây biến áp tự động dựa những

mô hình đã có sẵn trong thực tế và dựa vào tính toán và thiết kế, thực nghiệm Cụ thể như sau:

+ Phân tích các yếu tố chuyển động của máy quấn dây, các yếu tố gồm có:

ma sát, chuyển động, cơ cấu trượt, tính ổn định, độ cứng vững…từ đó thiết kế và chế tạo máy quấn dây biến áp

+ Phân tích và đưa ra những phương án thiết kế, chế tạo hệ thống cơ khí, thiết

kế mạch điều khiển cho phù hợp với hệ thống cơ khí Nêu cụ thể ưu, nhược điểm của từng phương án thiết kế từ đó tổng hợp lại và lựa chọn phương án thiết kế tối

ưu nhất Sau khi lựa chọn được phương án thiết kế, sẽ tiến hành thiết kế kỹ thuật bao gồm: lựa chọn loại trục vít – đai ốc, ổ lăn, thép, bulông – đai ốc, động cơ truyền động, tính toán độ bền, lựa chọn phương pháp điều khiển, tiến hành làm mạch điều khiển và viết chương trình điều khiển cho hệ thống Máy quấn dây Biến áp Tự Động

+ Thực nghiệm, kiểm tra và chế tạo hệ thống máy quấn dây Biến áp Tự Động Phần cơ khí phải hoạt động ổn định, êm, độ cứng vững cao, đảm bảo độ chính xác cao, linh hoạt trong quá trình sửa chữa lắp ráp khi hư hỏng, mạch điều khiển phải hoạt động ổn định và đồng nhất với phần cơ khí

2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.2.1 Các phương án thiết kế

2.2.1.1 Phương án 1

Hình 2.1 Mô hình máy quấn dây phương án 1

Hoạt động: Cuộn dây đồng dùng để quấn dây biến áp được đặt ở cuộn chạy tự

động 1, ở trục căng dây 2 sau đó dây đồng sẻ được đi qua hệ thống các buli 3 mục đích căng dây để khi động cơ quấn chạy không bi sai lệch Bên cạnh đó động cơ rải dây 4 thực hiện những bước dịch để các lớp dây không bị chồng chéo và ăn khít với vòng dây trước Động cơ quấn 5 thực hiện công việc quấn dây biến áp Các thông

số như số lớp, số vòng dây quấn, đường kính lỏi biến áp cần quần, chiều dài trục biến áp cần quấn.v.v được đặt trực tiếp thông qua hộp điều khiển 6 Khi thực hiện quấn thì các thông số được hiển thị trên Lcd Đồng thời có hệ thộng ngắt tự động khi lỏi dây quấn bị đứt

Ưu điểm:

 Kết cấu cơ khí đơn giản, gọn nhẹ

 Các thông số được được nhấp tự động

 Có hệ thống ngắt tự động khi xảy ra sự cố đứt lỏi dây biến áp

Nhược điểm:

 Ít có tính thẩm mỹ

Động cơ quấn 5 Trục

căng

dây 2

Hệ thống buli căng dây 3

Động cơ rải dây 4

Hộp điều khiển 6

Cuộn

chạy tự

động 1

 Không thể canh, chỉnh độ đồng tâm của loại biến áp cần quấn với trục động cơ quấn

 Gây ra chồng lớp hoặc mất vòng khi quấn

 Chưa đáp ứng yêu cầu đảm bảo độ căng dây

2.2.1.2 Phương án 2

Hình 2.2 Mô hình máy quấn dây biến áp2 (mặt trước)

Hình 2.3 Mô hình máy quấn dây biến áp2(mặt đặt ngang)

Động cơ bước rải dây

Động cơ

Dc quấn dây

Trục rải dây

Trục căng dây

Khối trụ để lỏi dây đồng

Bộ điều

khiển

Buli căng dây 1

Buli căng dây 2, 3, 4

Hoạt động: Cuộn dây chứa lỏi biến áp cần quấn đặt ở khối trụ để dây đồng .Lỏi

dây đồng được lên trục căng dây và đi qua qua các buli 1, 2, 3, 4 và sau đó được

đưa đến trục rải dây, ở đây trục rải dây có thể dịch chuyển qua lại nhằm thực hiện bước rải, trục rải dây chạy trượt trên trục vít me, trục vít me được nối với động cơ

bước để điểu khiển vận tốc dịch phù hợp với từng loại dây, sau đó được nối với

cuộn biến áp cần quấn Biến áp cần quấn được đặt trên trục có gắn động cơ DC để thực hiện nhiệm vụ quấn

Ưu điểm:

 Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ

 Hệ thống được điều khiển tự động có thể cài đặt trực tiếp các

thông số cho máy như:tốc độ quay, số vòng quấn, số lớp quấn

 Có thể thực hiện quấn hai biến áp cùng kích thước một lúc

Trục quấn dây

Hình 2.5 Mô hình máy quấn dây biến áp(mặt nhìn từ trên xuống

Hoạt động: Cuộn dây chứa lỏi biến áp cần quấn được đặt ở thanh trục nằm ngang,

sau đó lỏi dây được đi qua các buli rồi nối trực tiếp vào trục quấn có vỏ biến áp cần quấn Ở đây trục rải dùng động cơ bước thông qua truyền động xích và các bánh răng ăn khớp để thực hiện công việc dịch và rải lỏi dây cần quấn Động cơ quấn dùng động cơ bước thông qua bộ truyền động xích ăn khớp với các bánh răng

Ưu điểm:

 Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ

 Có giao diện và kết cấu thuận tiện cho người dùng như: sử dụng bàn

phím để thiết lập các thông số và hiển thị kết quả trên Lcd

 Có thể thực hiện quấn 2 biến áp cùng kích thước một lúc

 Có tính thẩm mỹ cao

 Tương đối dễ dàng trong quá trình chế tạo

 Dễ điều khiển, linh động

 Dễ dàng tháo lắp và bảo dưỡng

Nhược điểm:

 Mômen của quấn sẻ giảm đi qua bộ truyền động bánh răng ăn khớp

 Không có hế thống ngắt tự động khi xảy ra hiện tượng đứt dây khi quấn

Thanh đặt cuộn dây đồng

Động cơ

bước rải

dây

Hệ thống buli căng dây

 Phải cần có cơ cấu tăng giảm độ chùng của xích

 Không có bộ phân canh, chỉnh độ đồng tâm của trục chứa vỏ biến thế cần quấn

2.2.1.4 Kết luận

Theo ưu và nhược điểm của các phương án trên Phương án 3 là phương án được khắc phục từ nhược điểm của phương án 1 và 2 Phương án 3 là phương án được lựa chọn và thiết kế trong đồ án này của chúng em

2.2.2 Thiết kế phần cơ khí cho máy quấn dây biến áp tự động

2.2.2.1 Các khung chính của máy quấn dây biến áp tự động

Khung dưới: Cố định

Hình 2.6 Bản vẽ chế tạo của khung máy quấn dây

Hình 2.7 Khung máy quấn dây

Hình 2.8 Khung bên máy quấn dây biến áp

Hình 2.9 Khung ngang máy quấn dây biến áp

2.2.2.2 Trục dẫn hướng

Hình 2.10 Bản vẽ trục vitme dẫn hướng

Trục dẩn hướng của đồ án là trục vitme có bước ren là 4mm, chiều dài trục là 800mm

2.2.2.3 Cơ cấu căng dây bằng buli

1.buli 1 2.buli 2 3.buli 3 Hình 2.11 Cơ cấu căng dây

Cơ cấu căng dây gồm hệ thống ba buli được đặt lệch tâm với nhau Có tác dụng giúp lỏi dây đồng được nắm thẳng , đồng thời đảm bảo quá trình quấn dây được chính xác hơn tránh sai lệch

2.2.2.4 Cơ cấu truyền động

Hình 2.12 Cơ cấu hộp giảm tốc

Bộ truyền động trên có tỉ số truyền bằng hai Mục đích của bộ truyền động trên nhằm tăng tốc độ quấn dây biến áp Nhưng hạn chế của của bộ truyền động trên lại làm giảm mômen quấn của động cơ

1

2

3

2.2.2.5 Cơ cấu rải dây

Hình 2.13 Cơ cấu rải dây

Nguyên lý hoạt động: Khi động động cơ quấn dây thực hiện được một vòng quấn thì động cơ bước thực hiện việc rải dây thông qua cơ cấu rải dây là trục vitme

và cơ cấu căng dây thực hiện di chuyển để thực hiện vòng quấn dây tiếp theo Khi hoàn thành một lớp dây quấn thì động cơ rải dây sẽ thực hiện đảo chiều để thực hiện lớp dây quấn tiếp theo

2.2.3 Phân tích lựa chọn động cơ và trục vít me

2.2.3.1 Động cơ dẫn động hai trục chính

a Động cơ bước (Stepping Motor)

 Khái niệm, đặc điểm và phân loại

Động cơ bước (stepping motor) là một cơ cấu chấp hành cơ – điện dùng để biến đổi năng lượng điện thành chuyển động cơ học

Đặc tính chuyển động của động cơ bước là rời rạc, trái ngược với đặc tính chuyển động quay liên tục và trơn của các loại động cơ khác Mỗi xung dòng cấp cho cuộn day stato, trục động cơ thực hiện quay một bước gọi là bước góc

Đặc điểm cơ bản của động cơ bước là vận tốc góc tỷ lệ với tần số xung vào Động cơ bước có thể điều khiển cả về vị trí lẫn tốc độ mà không cần mạch phản hồi nhưng vẫn đảm bảo được độ chính xác

Động cơ bước có ba loại: động cơ bước nam châm vĩnh cửu (Permanent motor), động cơ bước biến từ trở (Variable Reluctance) và động cơ lai (Hybrid) – kết hợp hai loại trên

 Phân loại và nguyên lý làm việc

+ Động cơ bước nam châm vĩnh cửu (Permanent Magnet)

Nguyên tắc điện của động cơ bước nam châm vĩnh cửu cũng giống như động

cơ đồng bộ ba pha Hình 2.16 trình bày động cơ bước có hai cặp cuộn pha Hai cặp cuộn pha được bố trí đối xứng nhau qua roto Roto của động cơ bước nam châm vĩnh cửu là nam châm vĩnh cửu Cuộn L1, L3 hình thành một cặp cuộn pha và L2, L4 là cặp cuộn pha thứ hai Để hiểu nguyên lý làm việc của động cơ bước nam châm vĩnh cửu, ta giả thiết vị trí ban đầu của động cơ như hình 2.15a

Ban đầu 4 chuyển mạch S1, S2, S3, S4 đều hở nên không có dòng qua các cuộn dây (hình 2.15a)

A C

B D V+

L1

L2

L3 L4

S N

N S L4 L3 L2

L1 N S

S4

S3 S2

S1

L4 L3 L2

L1 N S

S4

S3 S2

S1

Hình 2.15 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động động cơ bước nam châm vĩnh cửu

Đóng chuyển mạch S1 và S3 (hình 2.15b), dòng điện đi qua các cuộn dây pha L1 và L3, trường điện từ xuất hiện và roto quay đến vị trí như trong hình Nếu

ta cứ giữ nguyên như vậy thì roto cũng sẽ đứng yên

Ngắt chuyển mạch S1 và S3, roto ở nguyên vị trí (hình 2.15c) Đóng chuyển mạch S2 và S4 thì dòng điện, điện trường và vị trí của roto như hình 2.15d

Cứ luân phiên đóng và ngắt các cặp chuyển mạch S1, S3 và S2, S4 thì roto sẽ quay tròn theo một hướng

Hình 2.16 mô tả cấu trúc bên trong động cơ bước nam châm vĩnh cửu đơn giản Trên stato động cơ người bố trí bốn cực và trên các cực có quấn các cuộn dây pha Roto động cơ được hình thành thừ hai chi tiết; chi tiết thứ nhất là ống nam châm vĩnh cửu và chi tiết thứ hai là trục thép có độ cách từ cao Ống nam châm vĩnh cửu, có kết cấu phù hợp để hình thành hai cực Nam và Bắc, được lắp chặt với trục thép cách từ

Nếu gọi số cực trên stato là Z sta thì bước góc động cơ S đc được tính như sau:

) ( Z

360 S

o o o

90 4

360 Z

360 S

sta

N S

A1

B1

A2

B2 Stato

Dây pha

Roto Ống nam châm

vĩnh cửu

Trục thép cách từ

14,22

Hình 2.16 Sơ đồ cấu trúc động cơ bước nam châm vĩnh cửu 2 pha

+ Động cơ bước biến từ trở (Variable Reluctance)

Động cơ bước biến từ trở cũng được hình thành trên cơ sở thành phần cơ bản giống như động cơ bước nam châm vĩnh cửu, bao gồm stato và roto

Kết cấu stato trên từng pha của động cơ bước biến từ trở giống với động cơ bước nam châm vĩnh cửu Roto của động cơ bước biến từ trở được chế tạo từ thép non cĩ độ dẫn từ cao và đặc biệt là các cuộn dây đối cứng nhau qua roto cĩ cùng cực tính (ở động cơ bước nam châm vĩnh cửu là khác cực tính).Roto của động cơ bước biến từ trở cĩ thể cĩ nhiều đoạn chứ khơng phải là một ống liền như động cơ bước nam châm vĩnh cửu

Để tìm hiểu nguyên lý làm việc của động cơ bước biến từ trở, ta quan sát quá trình làm việc của một pha trong động cơ bước biến từ trở ba pha, bốn cực trên stato, roto một đoạn trục với cách nối các cuộn pha như hình 2.17

Khi cấp điện cho pha A, các cuộn A1 và A2 cĩ cùng cực tính là cực bắc (N),

từ thơng của hai cực này tăng dần và khép kín với roto

A B

C A B

C

A

B

C A B C

A3

A4 1

3 2 4

15°

Hình 2.17 Động cơ bước biến từ trở ba pha, bốn cặp cực

Cực A3 và A4 mang cực tính nam (S), từ thông của hai cực này cũng tăng dần và khép kín với roto Đường sức từ rời khỏi cực bắc A1 vào răng 1 trên roto, sau đó tách thành 2 nhánh, nhánh thứ nhất phát triển đến răng 3 trên roto, qua cực nam A3 vào stato và khép kín mạch từ tại cực bắc A1 Nhánh thứ hai phát triển đến răng 4 trên roto, sau đó qua cực A4 vào stato và cũng khép kín mạch từ ở A1

Tương tự cho đường sức từ xuất phát từ A2 Dòng điện cấp cho cuộn pha A,

ở vị trí đang khảo sát thì từ trở là nhỏ nhất, động cơ ở điều kiện cân bằng, roto đứng yên

Bây giờ ta ngắt điện trên cuộn pha A và cấp điện cho cuộn pha B thì ngay lúc này từ trở trong động cơ lớn nên trục roto sẽ quay theo chiều giảm từ trở (cùng chiều kim đồng hồ) cho đến khi từ trở nhỏ nhất thì động cơ lại đứng yên ở vị trí mới

Cứ luân phiên cấp điện cho các cuộn dây A, B, C, A thì động cơ sẽ quay theo chiều kim đồng hồ Muốn động cơ quay theo chiều ngược lại thì ta đảo ngược thứ

tự cấp điện cho các cuộn dây thành C, B, A, C

Một điểm cần lưu ý là vì roto của động cơ bước biến từ trở làm bằng thép non nên khi không có dòng điện qua các cuộn dây thì trên roto cũng không tồn tại

từ dư do đó nó không bị hãm và quay tự do dưới tác dụng của tải Đây cũng chính là khuyết điểm của loại động cơ này

+ Động cơ bước kiểu lai (Hybrid Stepping motor)

Động cơ bước kiểu lai có đặc trưng cấu trúc của cả hai dạng động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước biến từ trở Hình 2.18 là sơ đồ kết cấu bên trong của động cơ lai Roto và stato của động cơ lai như trong hình cũng giống như động cơ bước biến từ trở có hai đoạn trục nhưng roto của động cơ lai có chứa nam châm vĩnh cửu, trục nam châm có cực tính không đổi và hai đoạn roto làm bằng thép non tương ứng với hai đoạn stato được ép lên trục nam châm và trục roto được đặt trên hai ổ lăn Số răng trên stato và roto của động cơ bước biến từ trở là bằng nhau nhưng đối với động cơ lai thì số răng trên roto nhiều hơn trên stato

Tỷ số giữa số răng của stato và roto thể hiện khả năng điều khiển chuyển động quay đều của động cơ ở tốc độ thấp Răng trên các đoạn roto của động cơ bước biến từ trở được bố trí trên cùng đường sinh trụ, với động cơ lai thì các răng trên đoạn roto này trùng với các khe răng trên đoạn roto kia

Răng trên các đoạn stato của động cơ bước biến từ trở được bố trí lệch nhau

và bằng bước góc nhưng răng trên các đoạn stato của động cơ lai bố trí trên cùng đường sinh trụ trong của stato

Phương pháp bố trí và nối các cuộn pha trong động cơ bước biến từ trở và động cơ lai cũng khác nhau Ở động cơ bước biến từ trở thì các cuộn pha được lắp riêng biệt trên từng đoạn stato còn ở động cơ lai thì các cuộn pha được quấn nối tiếp

từ đoạn stato này sang đoạn stato kia Hình 2.19 mô tả cách quấn dây trong động cơ lai Trong ví dụ này cuộn pha A được lắp trên các cực lẻ, còn cuộn pha B được lắp trên các cực chẵn Hai đoạn roto của động cơ được chế tạo từ thép non và lắp chặt trên trục nam châm vĩnh cửu nên các đoạn roto này được từ hóa tương ứng với các cực của nam châm

Ổ lăn Cuộn dây

stato Răng stato

Nam châm vĩnh cửu Răng roto

Vỏ

Trục K

2

1

2 3 4

5678

I2

I1

Hình 2.19 Cách quấn dây trong động cơ lai

Trong thực tế, trên các cực ngời ta lắp 2 cuộn dây cĩ chiều quấn ngược nhau

để cĩ thể dễ dàng thay đổi cực tính trường điện từ

Hình 2.20 Kết cấu thực tế của động cơ lai

 Một số thông số cơ bản của động cơ bước

Điều khiển động cơ bước tùy thuộc vào đặc tính, kiểu điều khiển và kiểu động

cơ, nhất là khi thiết kế, cần đặc biệt quan tâm đến những đặc tính này Các đặc tính

là cơ sở để lựa chọn hoặc thay thế động cơ cho phù hợp yêu cầu thiết bị mới

Bước góc là góc quay của trục động cơ tương ứng với một xung điều khiển Bước góc của động cơ được xác định bởi kiểu điều khiển (Full–Step hoặc Half–

Step) và cấu trúc động cơ

Độ chính xác bước góc được đánh giá bằng giá trị phần trăm tăng hoặc giảm của bước góc so với bước góc danh nghĩa, ví dụ độ chính xác bước góc 5% của động cơ có bước góc 1, 8° là 0, 09° Sai số này được tích lũy trong một bước hoặc

trong 200 bước (động cơ có bước góc 1, 8°, 200 bước thực hiện một vòng của trục)

Momen tĩnh là momen ngoại lực mà momen này giữ cho trục không quay Để động cơ quay được cần cấp điện cho động cơ, vì vậy roto quay liên quan đến dòng

pha pha

R

E

I =

Độ tự cảm trên cuộn dây pha xác định bởi tốc độ tự cảm đến bão hòa khi cấp

điện cho cuộn pha Giá trị độ tự cảm lớn hay nhỏ phụ thuộc vào dòng qua cuộn pha

Cần phải tính toán dòng cấp cho phù hợp khi động cơ quay ở tốc độ cao (tốc độ tự cảm) Momen quán tính của roto dùng để tính toán gia tốc của động cơ, đơn vị đo:

kG.cm2

Momen khởi động là momen điện từ sinh ra khi cấp điện cho động cơ để nĩ

cĩ thể tự khởi động (momen điện cân bằng với momen quán tính và momen ma sát)

và chạy đồng bộ với tần số xung cấp (khơng bị mất bước) Động cơ sẽ khởi động và chạy khơng bỏ bước trong vùng khởi động và dừng của đồ thị momen – tần số (vùng I trong hình I.2.21)

I

IIM

PPS 0

Momen khởi động

Momen kéo

Momen hãm

Tốc độ khởi động Tốc độ kéo

Khởi động, dừng và đảo chiều

Tăng, giảm tốc, không đảo chiều

Đường cong momen khởi động

Đường cong momen kéo

Hình 2.21 Đồ thị quan hệ giữa momen – tần số bước

Momen kéo là momen tải cực đại cĩ thể đặt lên trục động cơ khi nĩ đang quay mà khơng gây ra dừng động cơ

Tần số khởi động cực đại là tần số lớn nhất mà tại đĩ động cơ ở trạng thái khơng tải cĩ thể tự khởi động được

Các thơng số khác:

– Tốc độ quay của động cơ tính theo tần số xung

6

S f 360

S f

=

= ω

(3) Trong đĩ: ω: tốc độ gĩc của trục động cơ (vịng/phút)

f S: tần số xung cấp cho động cơ (Hz)

S: bước gĩc (°)

– Gĩc quay của trục động cơ

360

S

nx

= θ

(4)

Trong đó: θ: góc quay của trục động cơ, đơn vị là vòng

nx: số xung cấp cho động cơ

 Hệ thống điều khiển của động cơ bước

Hệ điều khiển động cơ bước cần phải có hai chức năng:

Cấp nguồn cho các cuộn dây theo trình tự tín hiệu vào Chức năng này được thực hiện nhờ mạch logic, mạch trình tự và phần mềm điều khiển

Xung điện cấp cho cuộn dây phải đủ rộng Đây là yếu tố rất quan trọng đối với momen động cơ Vì vậy hệ số thời gian điện (Lm/Rm) phải lớn hơn đáng kể so với chiều rộng xung vào

Động cơ bước có thể điều khiển theo ba cách:

Điều khiển Full step, cách điều khiển này có hai khả năng, thứ nhất là khi xung điều khiển xuất hiện thì chỉ có một cuộn pha được cấp điện (hình 2.22a), thứ hai là khi có xung điều khiển thì hai cuộn pha khác nhau được cấp điện (hình 2.22b) Khả năng thứ hai cho phép tăng momen xoắn lên 1, 4 lần trong khi phải tốn gấp đôi lượng điện tiêu thụ so với khả năng thứ nhất

Điều khiển Half step, là cách điều khiển sử dụng cả hai khả năng của cách điều khiển Full step, nghĩa là mỗi khi xung điều khiển xuất hiện thì các cuộn pha được cấp điện luân phiên theo khả năng thứ nhất và khả năng thứ hai Cách điều khiển này cho phép động cơ bước dịch chuyển mỗi lần 1/2 bước góc của nó (hình 2.22c) Điều khiển Micro step, là cách điều khiển cao cấp dành cho động cơ bước, nó

sử dụng khả năng thứ hai của cách điều khiển Full step, dòng điện cấp cho hai cuộn pha được chia nhỏ thành nhiều mức và dòng điện đi qua hai cuộn pha tỷ lệ nghịch với nhau, dòng qua cuộn này tăng thì dòng qua cuộn kia giảm; cách điều khiển này cho phép động cơ bước có thể dịch chuyển được những bước nhỏ hơn góc bước thực của nó (VD: động cơ bước có góc bước 1, 8° có thể bước được những bước góc 0, 05°)

1 2 3 4 5 6 7 8Thời gian chu kỳ

B A B A

8 7 6 5 4 3 2 1 Pha Thời gian chu kỳ

B A B A

Hình 2.22 Là giản đồ thời gian khi điều khiển theo hai cách

Full step và Half step

2.2.3.2 Động cơ một chiều (DC Motor)

 Đáp ứng chậm trong khi mạch điều khiển lại phức tạp

 Phải cĩ mạch phản hồi thì mới cĩ thể nâng cao độ chính xác

c Kết luận

 Hai trục của động cơ

Ta chọn động cơ bước làm động cơ dẫn động cho hai trục chính, vì hai trục chính cần điều khiển vị trí, tốc độ chính xác Các thông số của động cơ bước như sau:

 Điện áp làm việc: 4.5V

 Dòng điện lớn nhất: 3A

 Loại động cơ đơn cực, hai pha

 Số bước quay trên một vòng là 200(bước/vòng)

2.2.3.3 Bộ truyền, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến

a Bộ truyền vít me – đai ốc

Hình 2.24 Một số loại trục vít_đai ốc

Bộ truyền trục vít - đai ốc dùng để chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, nhờ tiếp xúc giữa ren trục vít và ren đai ốc Bộ phận truyền trục vít - đai ốc có hai bộ phận chính

+ Trục vít số 1 quay với số vòng quay n1, công suất truyền động P1, mômen xoắn trên trục T1 Vít có ren ngoài tương tự như bulong Trong đồ án này trục vít là khâu dẫn

Hình 2.25 Bộ truyền trục vít_đai ốc

+ Đai ốc số 2, chuyển động tịnh tiến với vận tốc v2, công suất trên đai ốc là P2, đai ốc ren trong giống như đai ốc trong mối ghép ren, trong đồ án này đai ốc là khâu

Ưu, nhược điểm:

 Ưu điểm:

– Cấu tạo đơn giản, thắng lực lớn, thực hiện di chuyển chậm

– Kích thước nhỏ, chịu được lực lớn

– Thực hiện các dịch chuyển chính xác cao

 Nhược điểm:

– Hiệu suất làm việc thấp

Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền vít – đai ốc

Đường kính ngoài của trục vít d (mm) Là đường kính của vòng tròn đi qua đỉnh ren Còn gọi là đường kính danh nghĩa Đường kính danh nghĩa của đai ốc ký hiệu là D, là đường kính vòng tròn đi qua chân ren của đai ốc

Đường kính trong của trục vít d1 (mm) Là đường kính của vòng tròn đi qua chân ren Còn gọi là đường kính chân ren Đường kính trong của đai ốc ký hiệu là

D1, là đường kính vòng tròn đi qua đỉnh ren của đai ốc

Đường kính trung của trục vít d2 (mm), của đai ốc là D2 (mm) Đường kính trung bình được tính theo công thức: d2 = (d+d1)/2 ; D2 = (D1+D)/2

Ta có: d = 16mm, d1 = 13mm, D = 16, 5mm, D1 = 13, 5mm

Vậy d2 = 14mm, D2 = 15mm

Số mối ren của trục vít, ký hiệu là z, là đầu mối của các đường xoắn vít, z = 1 Bước ren pr (mm) Giá trị của pr được tiêu chuẩn hóa theo đường kính d Ứng với mỗi giá trị của d có quy định ren bước nhỏ, bước bình thường và bước lớn, pr= 3mm Bước xoắn vít λ (mm) Bước xoắn vít được tính theo công thức λ = z.pr

Vậy bước xoắn vít: λ = 3mm

Góc nâng của đường xoắn vít γ (độ) Có quan hệ:

tgγ = λ/(π.d2) = 3/(3, 14.14) = 0, 068 → γ = 3053’

Hình dạng và kích thước của tiết diện ren Được lấy theo tiêu chuẩn, phụ thuộc vào giá trị của đường kính d

Góc profil của tiết diện ren α (độ)

Chiều rộng của đai ốc B (mm), có thể gọi là chiều cao đai ốc, ký hiệu là H