KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA: CƠ CẤP CHẤP HÀNH

Động cơ kiểu này dễ dàng đảo chiều quay nhưng do hai cuộn dây giống nhau nên hiệu quả khởi động không cao, thường dùng cho các động cơ công suất nhỏ.Động cơ một pha với tụ khởi động... 

KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

BÀI GIẢNG

TS LÊ NGỌC TRÂN Email: lengoctranbvu@gmail.com

Cơ cấu chấp hành có thể hiểu là một bộ phận máy móc, thiết bị có khả năng thực hiện một công việc nào đó dưới tác động của tín hiệu phát ra từ thiết bị điều khiển

Cơ cấu chấp hành

Phân loại cơ cấu chấp hành:

• Các thiết bị điện

• Các loại động cơ điện

• Các loại ly hợp

• Các phần tử khí nén

Cơ cấu chấp hành

* Các loại động cơ điện:

 Động cơ xoay chiều (1 pha, 3 pha)

 Động cơ 1 chiều

 Động cơ bước

 Động cơ servo

Động cơ điện xoay chiều 3pha

* Ứng dụng:

 Trong truyền động quay băng tải

 Lai tời, neo

 V.v

Động cơ điện xoay chiều là gì?:

+ Động cơ điện xoay chiều là thiết bị biến điện năng thành cơ năng

+ Nguyên tắc hoạt động của động cơ 3 pha: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ bằng cách sử dụng từ trường quay

+ Quay đều nam châm với vận tốc góc 

 khung dây quay nhanh dần, cùng chiều với nam châm

+ Khi nam châm quay (từ trường quay), từ thông qua khung biến thiên, khung có dòng điện cảm ứng, do đó lực điện từ xuất hiện , tác dụng lên khung làm khung quay cùng chiều với nam châm

+ Nếu khung đạt tới vận tốc  , thì  qua nó không biến thiên nữa, icư = 0 -> F = 0, khung quay chậm lại Nên thực tế khung chỉ đạt tới tới vận tốc o < 

+ Động cơ họat động theo nguyên tắc trên gọi là động cơ không đồng bộ

Nguyên lý hoạt động của ĐC không đồng bộ

Cấu tạo của ĐC không đồng bộ

1 Cấu tạo :

+ Stato : gồm 3 cuộn dây

giống nhau , đặt lệch nhau

2 Hoạt động: Khi mắc

động cơ vào mạng ba pha, từ

trường quay do stato gây ra

làm cho roto quay quanh

trục

Chuyển động quay của rôto

được trục máy truyền ra ngoài

Rô to Stato

Vỏ động

cơ

Vòng bi Cấu tạo của ĐC không đồng bộ

R«to Lång sãc

Cấu tạo của ĐC không đồng bộ roto lồng sóc

Nguyên lý tạo từ trường quay bằng nguồn 3pha

Vậy: từ trường tổng hợp B của 3 cuộn dây quay quanh

O với tần số bằng tần số của dòng diện ba pha

Động cơ điện xoay chiều 1 pha

Nếu chỉ có 1 cuộn dây nối

vào 1 pha sẽ có từ trường

xoay chiều như sau

Không tạo ra được từ trường quay

Phần tĩnh gồm hai cuộn dây đặt lệch nhau 90 độ

Động cơ điện xoay chiều 1 pha

Khi có hai cuộn dây đặt lệch nhau

90 độ sẽ tạo ra từ trường quay giống

nhau

Để tạo ra sự lệch pha về dòng điện chúng ta dùng 2 cuộn dây có các đặc tính về điện khác nhau và nối chúng song song với nhau

Một cuộn (A) có điện trở thấp và điện cảm cao

Cuộn còn lại (B) có điện trở cao và điện cảm thấp

Động cơ chia pha

Hai cuộn dây bố trí lệch nhau 90 độ

Ngay khi động cơ chạy, tốc độ của rotor sẽ gia tăng theo tác động của từ trường quay

Lúc này không cần sử dụng hai cuộn dây nữa

Động cơ chia pha

Cuộn (B) có thể được ngắt ra khỏi nguồn nhờ vào khóa ly tâm

Hai cuộn dây được gọi là cuộn “CHẠY”- nối liên tục với nguồn, cuộn “Khởi Động”- được ngắt ra khi động cơ đạt khoảng 75% tốc

độ định mức

Động cơ chia pha

Động cơ một pha với tụ khởi động

Để tăng mô men khởi động người ta sử dụng 1 tụ điện mắc nối tiếp với cuộn dây khởi động

Nhằm tăng góc pha giữa các cuộn dây gần tới 90 độ

Động cơ một pha với tụ khởi động

Mô ment khởi động khi thêm tụ

Tụ chạy

Tụ chạy được nối vào cuộn khởi động để giảm dòng khi khởi động động cơ

Thường dùng cho các động cơ khởi động nhiều lần

Động cơ một pha với tụ khởi động

Khi chạy theo chiều “ Thuận” , cuộn A là cuộn chính (chạy), cuộn

B là cuộn phụ (khởi động)

Động cơ một pha với tụ khởi động

Khi chạy theo chiều “ Ngược ”, cuộn B là cuộn chính (chạy), cuộn

A là cuộn phụ (khởi động)

Động cơ một pha với tụ khởi động

Động cơ kiểu này dễ dàng đảo chiều quay nhưng do hai cuộn dây giống nhau nên hiệu quả khởi động không cao, thường dùng cho các động cơ công suất nhỏ.

Động cơ một pha với tụ khởi động

Động cơ bước (stepper motor)

 ĐCB là thiết bị điện cơ dùng biến đổi các xung điện áp thành các chuyển động cơ liên tục

 Ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực từ dân dụng đến công nghiệp

 Trong dân dụng (đầu đĩa CD-DVD, máy tính, máy in, )

 Trong công nghiệp: nhiều trong dây chuyền tự động: đóng gói tự động, rót nước tự động, băng tải, đóng mở van tuyến tính, điều khiển góc,

 Stepper motor là loại động cơ không chổi than,

là loại đồng cơ điện đồng bộ và là thiết bị điện

sử dụng từ trường để quay rotor của motor dưới

sự điều khiển của các xung số với 2 trạng thái

ON and OFF

-Permanent magnet : Nam châm vĩnh cữu

-Hybrid: lai (hỗn hợp)

-Variable reluctance: loại từ trở biến thiên

Động cơ bước (stepper motor)

Động cơ bước loại Permanent magnet

Loại đầu tiên và cơ bản nhất của động cơ bước là loại nam châm vĩnh cửu Rotor của loại PM là nam châm vĩnh cửu với 2 cực hoặc nhiều cực với hình dạng đĩa, hoạt động chính xác Cuộn dây stator sẽ hút hoặc đẩy các PM trên rotor và tạo ra momen xoắn

PM stepper motors have usually step angle from 45o to 90o

Động cơ bước loại Permanent magnet

Nguyên lý hoạt động của loại động cơ bước PM:

Động cơ bước loại Biến từ trở ( Variable reluctance )

Cấu tạo: Động cơ bước từ trở có hai phần cấu tạo chính là Stator (phần

tĩnh) và Rotor (phần quay):

a Stator : gồm có hai phần chính là lõi thép và dây quấn Stator

- Lõi thép : Được ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện lại với nhau tạo thành một khối hình trụ, ở giữa được đục lỗ và phay các rãnh cực từ, trên mặt cực từ có răng Bề dày của mỗi lá thép vào khoảng 0,35 mm đến 0,5 mm, ở hai mặt của mỗi lá thép được sơn cách điện

- Dây quấn Stator: là dây điện từ có thể là dây nhôm hoặc đồng được cách điện bằng lớp Emay hoặc Cotton, tiết diện dây quấn có dạng hình tròn Mỗi pha trên Stator được quấn thành hai cuộn dây nối tiếp nhau ở vị trí xuyên tâm đối, thậm chí thành 4 cuộn đôi một trực giao, mỗi cuộn dây cuốn có W số vòng dây

Động cơ bước loại Biến từ trở ( Variable reluctance )

b.Rotor : Cũng giống như Stator, Rotor cũng có răng Rotor được làm bằng vật liệu dẫn

từ (sắt non) có từ trở thay đổi theo góc quay Mỗi răng của Rotor là một cực

Động cơ bước ba pha có từ trở biến thiên Nguyên lý làm việc:

- Nguyên lý làm việc của động cơ bước có từ trở biến thiên dựa trên cơ sở hiện tượng

từ trở cực tiểu Trong động cơ bước loại này Stator và Rotor đều được làm cùng một vật liệu từ và Rotor luôn quay về trạng thái sao cho từ trở là nhỏ nhất Nghĩa là hệ thống mạch luôn có xu hướng giảm thiểu từ trở Dựa trên sự tác động giữa một trường điện

từ và một Rotor có từ trở biến thiên theo góc quay

- Rotor được chế tạo bằng vật liệu dẫn từ, trên bề mặt Rotor thường có nhiều răng Mỗi răng của Rotor hoặc Stator gọi là một cực Trên hai cực đối diện nhau mắc nối tiếp hai cuộn dây tạo thành một phần của động cơ Động cơ như hình vẽ có 3 pha (các pha 1,

2, 3) từ trở thay đổi theo góc quay của răng Khi các răng của Rotor đứng thẳng hàng với các cực của Stator, từ trở ở đó sẽ nhỏ nhất

Động cơ bước loại Biến từ trở ( Variable reluctance )

-Khi cuộn 1 được kích điện, răng X của Rotor

bị hút vào cực 1 Nếu dòng qua cuộn 1 bị ngắt và cấp dòng qua cuộn 2, Rotor sẽ quay

300 theo chiều kim đồng hồ và răng Y sẽ hút vào cực 2

Như vậy: hướng quay của Rotor không phụ thuộc vào chiều dòng điện mà phụ thuộc vào thứ tự cấp điện cho cuộn dây Nhiệm vụ này

do các mạch logic trong bộ chuyển phát thực hiện Với cách thay đổi cách kích thích các cuộn dây, ta cũng làm thay đổi các vị trí góc quay

- Động cơ bước từ trở thay đổi chuyển động

êm, số bước lớn, nhưng moment đồng bộ nhỏ Góc bước giới hạn trong khoảng

1,80 đến 300 trong chế độ điều khiển bước

đủ, moment hãm từ 1 đến 50 Ncm, tần số khởi động lớn nhất 1 Khz, tần số làm việc lớn nhất trong điều kiện không tải là 20 Khz

Động cơ bước loại Biến từ trở ( Variable reluctance )

VR stepper motors have usually step angle from 5o to 15o

Động cơ bước loại kiểu hỗn hợp ( Hybrid )

Loại động cơ này có những ưu điểm sau:

-Về cấu tạo nó kết hợp cả hai loại động cơ trên : Động cơ nam châm vĩnh cửu với dạng cực móng và động cơ có từ trở thay đổi

-Về tính chất, nó phát huy được các ưu điểm của cả động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước có từ trở thay đổi: có moment hãm khi ngắt điện lớn, có moment giữ và moment quay lớn, họat động với tốc độ cao và có số bước lớn (góc bước từ 0,450 đến 50)

Động cơ bước kiểu hỗn hợp với m = 2, 2p = 6

-Cấu tạo của động cơ bước hỗn hợp :

Cấu tạo của động cơ bước hỗn hợp là sự kết hợp giữa động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước có từ trở thay đổi Phần Stator có cấu tạo hoàn toàn giống cấu tạo của động cơ có từ trở thay đổi Trên các cực của Stator được đặt các cuộn dây pha, mỗi cuộn dây pha được cuốn thành bốn cuộn dây, hoặc được cuốn thành hai cuộn dây đặt xen kẽ nhau để hình thành nên các cực N và S đồng thời đối diện với mỗi cực của các bối dây là răng của Rotor

Động cơ bước loại kiểu hỗn hợp ( Hybrid )

Động cơ bước loại kiểu hỗn hợp ( Hybrid )

 Full step sequence

showing how binary numbers can control the motor

 Half step sequence of binary control numbers

Điều khiển động cơ bước loại kiểu hỗn hợp ( Hybrid )

- Động cơ servo là cơ bắp của hệ thống điều khiển chuyển động Chúng cung cấp lực cần thiết để di chuyển các thiết bị theo yêu cầu của ứng dụng

- Động cơ servo nhanh chóng đáp ứng với lỗi đột ngột và tăng tốc nhanh chóng để đạt được tải gọi là servo

- Nhiều người nghĩ rằng động cơ servo là thiết bị hoạt động độc lập Nhưng trên thực

tế, động cơ servo không thể hoạt động nếu không được ghép nối với một hệ thống các thiết bị hoạt động đồng thời để đạt được quá trình điều khiển chuyển động mong muốn

Động cơ servo (servo motor)

- Động cơ servo có thể là BẤT KỲ loại động cơ nào vừa nêu

thống điều khiển thích hợp!

- AC servo động cơ thường được ưa thích cho việc sử dụng năng lượng thấp Và đối với công suất cao sử dụng DC servo-động cơ được ưa thích vì chúng hoạt động hiệu quả hơn so sánh với AC servo động cơ

Động cơ servo (servo motor)

2)DC Servo-motor 1)AC Servo-motor

Bộ điều khiển động

cơ Servo

Điều khiển động cơ servo

Dây chuyền dán nhãn sản phẩm

Ứng dụng của servo motor trên dây chuyền