Từ ba phƣơng án trên ta thấy mỗi phƣơng án đều có những ƣu điểm và nhƣợc điểm riêng nhƣng xét về yêu cầu cấp phôi tự động đạt đƣợc độ chính xác cao nhanh chóng và hiệu quả phù hợp giá thành và thi công lắp ráp điều khiển thì Rơle là tối ƣu nhất
CHƢƠNG 5.NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÁY PLASMA CNC CHUYÊN DÙNG. 5.1.Chọn công suất động cơ.
Vậy công suất cần thiết là:
Một cách gần đúng, ta có công suất của động cơ điện đƣợc xác định nhƣ sau:
với hệ số truyền động:
Tiến hành chọn công suất động cơ với: = 0.02 KW n = 350 v/ph
5.2.Chọn loại động cơ, so sánh giá thành động cơ.
Động cơ bƣớc Động cơ servo
Mạch driver Đơn giản (ngƣời dùng có thể
chế tạo chúng) Phức tạp (ngƣời sử dụng phải mua mạch driver từ các nhà sản xuất) Nhiễu, rung động Đáng kể Rất ít Tốc độ Chậm (tối đa 1000 - 2000 vòng/phút)
Nhanh (tối đa 3000 - 5000 vòng/phút)
Hiện tƣợng
trƣợt bƣớc Có thể xảy ra
Khó xảy ra (Động cơ vẫn chạy trơn tru nếu tải đặt vào tăng)
Phƣơng pháp
điều khiển Vòng hở (không có encoder) Vòng kín (có encoder)
Giá thành (Động cơ +
driver)
Rẻ Rất đắt
78
Độ phân giải Phổ biến loại 1.8
o
(200 bƣớc/vòng), còn có bƣớc góc nhỏ hơn nhƣ 0.72 o, 0.36 o
Phụ thuộc độ phân giải của encoder.
Thông thƣờng vào khoảng 0.36 ÷ 0.036° (1000 ÷ 10000 xung/v) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5.2.1.Động cơ truyền động cho trục X, Y
Động cơ truyền động cho 3 trục của máy CNC thƣờng đƣợc ch n là động cơ bƣớc hoặc động cơ servo.Trƣớc hết, cần so sánh những đặc điểm của 2 loại động cơ này.
Hình 5.2 :Các bƣớc lựa ch n động cơ bƣớc
1 Xác định thành phần cơ cấu lái Trƣớc hết hãy xác định các đặc điểm thiết kế nhƣ cơ cấu, đƣờng kính thô, khoảng cách di chuyển, và chu kỳ định vị.
Xác định cơ cấu và các thông số kỹ thuật đòi hỏi.
2 Tính toán độ phân giải đòi hỏi Từ độ phân giải đòi hỏi, xác định chỉ động cơ đƣợc dùng hay động cơ giảm tốc đƣợc dùng.
Tìm kiếm độ phân giải góc bƣớc cho động cơ.
3 Xác định mẫu vận hành Tìm chu kỳ gia tốc (giảm tốc) và tốc độ xung vận hành để tính toán mômen gia tốc.
Xác định mẫu vận hành đáp ứng các thông số kỹ thuật đòi hỏi.
4 Tính toán mômen đòi hỏi Tính toán mômen tải, mômen gia tốc và mômen đòi hỏi đƣợc yêu cầu bởi động cơ.
Tính toán mômen tải. Tính toán mômen gia tốc. Tính toán mômen giảm tốc.
5 Lựa ch n động cơ Ch n lựa một động cơ mà
các đặc tính mômen tốc độ của nó thỏa mãn yêu cầu. Đƣa ra một lựa ch n tạm thời cho động cơ dựa
trên mômen đòi hỏi.
Xác định động cơ cần đƣợc sử dụng từ các đặc tính mômen tốc độ.
6 Kiểm tra động cơ đƣợc ch n Kiểm tra tỉ số gia tốc/giảm tốc và hệ số quán tính để Xác nhận tỉ số gia tốc/giảm tốc và hệ số quán
tính. xác định khả năng phù hợp với sự lựa ch n.
5.2.2.Thông số kỹ thuật của động cơ bƣớc
Hình 5.3 Thông số kỹ thuật của động cơ bƣớc
mô hình 57bygh56- 401a
trục đơn trục( đƣờng kính: 6.35mm; chiều dài: 21mm) đánh giá hiện tại 2.8a/giai đoạn
góc bƣớc 1,8 °;& Plusmn; 5%
giai đoạn 2 giai đoạn
giai đoạn kháng 0.9x( 1+10%) Ω/giai đoạn giai đoạn điện cảm 0.9x( 1+10%) Ω/giai đoạn
Mô-men xoắn giữ 1.26nm( tƣơng đƣơng. 175 oz- trong) định vị mô-men xoắn 300gf. Cm
tr ng lƣợng 0.7kg/mảnh
5.2.3 Cài đặt thông số trên các động cơ
Nhƣ chúng ta đã biết, động cơ bƣớc là loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thƣờng. Thực chất đây là một động cơ động cơ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dƣới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay. Cụ thể là các mấu trong động cơ là Stator còn Rotor là nam châm vĩnh cửu. Trong trƣờng hợp của động cơ biến từ trở thì nó là những khối răng làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính. Tất cả các mạch đảo phải đƣợc điều khiển bên ngoài bởi bộ điều khiển, và đặc biệt các động cơ và bộ điều khiển đƣợc thiết kế để động cơ có thể giữ nguyên bất kỳ vị trí cố định nào cũng nhƣ quay đến bất kỳ vị trí nào.
80 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 5.4
Trên thị trƣờng hiện nay động cơ bƣớc có nhiều loại đầu dây ra nhƣ 4 dây, 6 dây, 8 dây những loại này thƣờng thì không “kén ch n” driver nên dễ sử dụng. Bài viết này mình sẽ chia sẻ cùng m i ngƣời các đấu nối động cơ bƣớc 5 phase 10 dây với các bộ driver (Ở đây mình sử dụng Driver UDX5114 Vexta)
Có nhiều cách để đấu nối một động cơ bƣớc 10 dây ở đây mình giới thiệu tới các bạn hai cách đấu nối thông dụng nhất:
Hình 5.5: Sơ đồ đấu nối dây bên trong đông cơ 5 pha 10 dây Đấu kiểu ngũ giác:
Hình 5.6 Đấu kiểu ngũ giác
Đây là cách đấu nối phổ biến nhất và thƣờng gặp nhất ở các máy . Nhƣng trên thực tế các đấu này không phù hợp với driver UDX5114 của Vexta mà chúng ta cần dùng phƣơng pháp đấu sao.
Đấu kiểu sao:
Kiểu đấu cơ bản có thể sử dụng với driver UDX5107N Vexta:
Hình 5.7: : Đấu kiểu sao
Ngoài ra còn các cách đấu sao khác nhƣ hình bên dƣới, trên thực tế và mình đã test thành công với bộ stepper driver UDX5114 của Vexta.
Hình 5.8: Các kiểu đấu sao khác
Với cách đấu nối này có thể cung cấp moment xoắn lớn hơn so với các loại động cơ bƣớc khác cùng kích thƣớc. Một vài đông cơ 5 pha có thể xử lý cấp cao để có đƣợc bƣớc 0.72 độ (500 xung/vòng).
Cách xác định đầu dây của step motor 4 , 6, 8 dây
Nhƣ các bạn đã biết , trên thị trƣờng hiện nay động cơ bƣớc có rất nhiều loại đầu dây ra thƣờng là :
Loại 1 : 4 dây, 6 dây , 8 dây : Những loại này thì không kén driver nên rất là dễ dùng.
Loại 2 : 5 dây hoặc 10 dây : Loại step này là 5 phase nên khá kén driver, không dùng vô tội vạ đƣợc
Step motor 4 dây.
82 Hình 5.9: Sơ đồ động cơ 4 dây
Dùng đồng hồ đo omz ta dễ dàng xác định các đầu dây của từng cuộn dây. Step motor 6 dây
Sơ đồ các cuộn dây của step 6 dây bên trái còn 8 dây bên phải
Hình 5.10: Sơ đồ động cơ 6 dây
Dùng đồng hồ đo om ta xác định đƣợc 2 cặp, mỗi cặp gồm 3 dây, trong 3 dây này thì sẽ xác định đƣợc chân chung của từng cặp.
Step motor 6 dây nhƣ vậy g i là motor đơn cực ( unipolar), dạng này thích hợp với các ứng dụng đòi hỏi momen lớn ở tốc độ thấp, tuy nhiên hiện tại rất ít driver hỗ trợ dạng 6 dây này, do đó thông thƣờng ngƣời ta bỏ 2 chân chung ra ngoài và dùng 4 chân giống nhƣ loại step 4 dây.
Step motor 8 dây.
Loại này thì có 2 cách đấu dây :
Đấu song song : Kiểu đấu dây nhƣ thế này thì phù hợp với ứng dụng đòi hỏi momen cao ở dải tốc độ lớn cho nên driver cũng cần loại có dòng và áp lớn. Kiểu này thƣờng g i là lƣỡng cực
Hình 5.11: Sơ đồ động cơ 8 dây
Đấu nối tiếp : Kiểu này thì tƣơng tự với dạng step 6 dây. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dùng đồng hồ đo om ta dễ dàng xác định đƣợc 4 cuộn dây của nó, tuy nhiên khác với 4 hoặc 6 dây loại này cần phải xác định đƣợc thứ tự các đầu của các cuộn dây nữa.
Việc xác định đúng đầu các cuộn dây của loại này là rất quan tr ng vì ta cần đấu theo 1 trong 2 sơ đồ trên thì step nó mới chạy.
G i thứ tự đúng của 4 cuộn dây lần lƣợt là P Q R S trong đó P Q là 2 cuộn của 1 phase và R S là 2 cuộn của phase còn lại.
Chuẩn bị 1 driver, điện đóm ngon lành, dây nhợ điều khiển đấu nối xong, các cổng cắm dây step lần lƣợt là A+ A- B+ B-
Chú ý : Không đƣợc cắm chân motor vào driver khi driver đang có điện hay còn gọi là đấu sống vì nhƣ thế gây hồ quang dẫn đến hƣ hỏng driver.
Các bƣớc làm :
B1 : Trong 4 cuộn dây, lấy 1 cuộn bất kì đặt tên nó là P , với 2 đầu dây là P1 và P2. Nối vào A+ A-
B2 : Lấy 1 cuộn khác rồi cắm vào B+ B- rồi tiến hành cấp xung, nếu motor chỉ rung không quay thì nó là cuộn Q, bỏ qua cuộn này và thử cuộn dây khác. Nếu motor quay, thì g i cuộn này là R, nếu nó quay cùng chiều kim đồng hồ thì B+ là R1 và B- là R2 , nếu quay ngƣợc chiều thì đảo lại 2 dây này để nó quay cùng chiều.
B3 : Bỏ R1 và R2 ra ngoài rồi cắm cuộn dây khác vào B+ và B- để xác định S1và S2 ( động cơ vẫn phải quay cùng chiều kim đồng hồ )
B4 : Sau khi xác định đƣợc P, R, S thì còn lại cuộn Q. Giữ nguyên S1 và S2 ở B+ và B- , nối cuộn Q vào A+ và A- để xác định Q1 và Q2 ( động cơ quay cùng chiều kim đồng hồ thì A+ là Q1 , A- là Q2)
Nhƣ vậy đã xác định đƣợc thứ tự đầu của cuộn dây trên các phase. Tiến hành đấu song song hoặc nối tiếp tùy bạn.
Còn cách khác để xác định đầu dây là ...tháo tung nắp sau của nó ra, nhƣng nếu trƣờng hợp step đang nằm trên máy ko tháo đƣợc thì phải dùng cách này.
84 Cơ bản - Cách xác định thứ tự dây động cơ bƣớc
Hỏi nhiều quá rồi, nay muốn đóng góp chút bằng cách dịch tài liệu để sau nay còn hỏi tiếp đỡ ngại hihihi
86 Hình 5.12 Xác định các dây của động cơ bƣớc
Bƣớc 1: Đo thông mạch để xác định 3 đầu dây trên cùng 1 cuộn dây Bƣớc này xác định đƣợc 2 nhóm, mỗi nhóm có 3 dây.
Bƣớc 2: Xác định các đầu dây chung
Điện trở đo đƣợc từ 2 đầu dây sẽ gần gấp đôi điện trở từ dây chung đến mỗi đầu dây
Xem thêm video minh h a:
Điện trở từ 2 đầu dây ở đây là 8.3 ohm. Điện trở từ dây chung đến mỗi đầu dây ở đây là 4.8 ohm
Lặp lại tiến trình cho đến khi xác định đƣợc 2 dây chung.
Trong trƣờng hợp cụ thể này, 2 dây chung là dây trắng và dây vàng. Các đầu cuộn dây là còn lại là đỏ, xanh lục, đen, xanh dƣơng
Sau khi xác định đƣợc dây chung của 2 cuộn dây, nối chúng lại với nhau. Bƣớc 3: xác định thứ tự các dây:
Dùng nguồn điện 1 chiều (pin, cục sạc điện thoại…) khoản 3-5V là đƣợc, 2 đầu dây cục pin là A và B
Đầu A nối với dây chung, đầu B nối với 1 trong 4 dây còn lại - ở đây ta nối với dây đỏ (đánh số 2)
Cầm đầu dây 2 (đã nối với dây đỏ) chạm nhẹ với 1 trong 3 dây còn lại: Quan sát motor, ta sẽ thấy:
- có 1 dây khi chạm sẽ làm trục quay tới nữa buớc (theo chiều kim đồng hồ) - dây đen (đánh số 1)
- có 1 dây khi chạm sẽ làm trục quay lùi 1 buớc (ngƣợc chiều kim đồng hồ) - dây xanh lục (đánh số 3)
- có 1 dây khi chạm thì trục đứng im - xanh dƣơng (đánh số 4) Cuối cùng ta xác định đƣợc thứ tự các dây nhƣ sau:
Dây chung (0) --> đen (1) --> đỏ (2) --> xanh lục (3) --> xanh dƣơng (4) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5.2.4Điều khiển động cơ bƣớc.
Nguyên lý điều khiển
Để biết một động cơ bƣớc làm việc nhƣ thế nào, hãy xem xét một động cơ bƣớc đơn giản gồm có:
- Một rôtor nam châm vĩnh cửu có một cực Bắc – Nam (N-S).
- Một stator bốn răng đƣợc lái bởi một cặp hai cuộn dây A1-A2 và B1-B2. Khi A1-A2 (và B1-B2) đƣợc nối đến điện áp cung cấp DC và đất, một cách tƣơng ứng, răng phía trên đỉnh (và răng phía bên phải) trở thành cực Bắc và răng
đối diện trở thành cực Nam. Điều này làm đẩy rotor sang vị trí ổn định + 45o, khi đó các cực rôtor nằm giữa các cực đối diện của hai cuộn dây. Khi cực tính của cuộn A1-A2 bị đảo lại nhờ chuyển mạch điện áp cung cấp và đất, rôtor tiến một góc 90o đến vị trí mới ổn định ở -45o.Điều này có nghĩa rằng nó có góc bƣớc là 90o
. Một động cơ bƣớc có thể đƣợc điều khiển theo trình tự kiểu đủ bƣớc hoặc nửa bƣớc. Với góc bƣớc 90o, một trình tự bốn bƣớc sẽ liên tiếp sẽ làm động cơ quay đƣợc một vòng.Khi trình tự bƣớc đƣợc lặp lại, động cơ sẽ quay tiếp tục. Nếu trình tự bƣớc bị đảo ngƣợc, hƣớng động cơ cũng bị đảo theo. Số lƣợng các bƣớc trình tự và mẫu chuyển mạch sẽ thay đổi theo cấu tạo và nhà sản xuất động cơ.
Dƣới đây là các kiểu lái động cơ bƣớc phổ biến nhất: - Lái gợn sóng (cấp điện 1 pha)
- Lái đủ bƣớc (cấp điện 2 pha)
- Lái nửa bƣớc (cấp điện 1 pha và 2 pha)
- Lái vi bƣớc (liên tục biến đổi dòng điện động cơ)
-
Hình 5.13 Trình tự kích thích cho các kiểu lái khác nhau.
Trong kiểu lái gợn sóng, mỗi lần chỉ một cuộn dây đƣợc cấp năng lƣợng. Stator đƣợc cấp năng lƣợng theo trình tự ABAB và rotor bƣớc từ vị trí
6 4 2
8 . Đối với các động cơ quấn dây đơn cực và lƣỡng cực với các tham số cuộn dây nhƣ nhau thì kiểu kích thích này sẽ sinh ra một vị trí nhƣ nhau. Nhƣợc điểm của kiểu lái này là trong kiểu lái này động cơ quấn dây đơn cực chỉ sử dụng có 25% và động cơ lƣỡng cực chỉ sử dụng 50% của toàn bộ cuộn dây động cơ ở thời điểm đã cho. Điều này có nghĩa là không sử dụng hết mômen xuất ra từ động cơ. Ở kiểu lái đủ bƣớc, mỗi lần hai pha đƣợc cấp năng lƣợng cùng lúc. Stator đƣợc cấp năng lƣợng theo trình tự ABABABAB và rotor bƣớc từ các vị trí
7 5 3
1 . Mômen tạo ra từ động cơ quấn dây đơn cực thấp hơn động cơ lƣỡng cực (xét các động cơ có cùng tham số cuộn dây) vì các động cơ đơn cực chỉ sử dụng 50% cuộn dây trong khi động cơ lƣỡng cực thì dùng hết.
Lái nữa bƣớc kết hợp hai kiểu lái gợn sóng và đủ bƣớc (cấp điện cho 1 và 2 cuộn). Trình tự cấp năng lƣợng ABBABAABBABA và rotor bƣớc từ vị trí 12345678. Điều này tạo ra sự di chuyển góc
88 bằng một nửa so với các kiểu lái 1 pha hoặc 2 pha. Kiểu nửa bƣớc có thể làm giảm đƣợc hiện tƣợng cộng hƣởng có thể gặp phải ở các kiểu lái 1 hoặc 2 pha.
Ở kiểu lái vi bƣớc, các dòng điện trong các cuộn dây biến thiên liên tục để có thể ngắt một bƣớc đủ ra thành nhiều bƣớc rời rạc nhỏ hơn.
* Các chế độ hoạt động của động cơ bƣớc:
Động cơ bƣớc hoạt động ở 3 chế độ: full step, half step và micro step. + Chế độ full step:
Động cơ bƣớc tiêu chuẩn có rôtor 200 răng, hoặc 200 full step cho mỗi trục xoay của động cơ. Chia 200 bƣớc cho 3600 „s sẽ đƣợc một góc full step 1,80 . Thông thƣờng, chế độ full đƣợc thực hiện bằng cách tiếp điện cho theo thứ tự liên tiếp theo số chẵn cuộn dây hoặc số lẻ cuộn dây, trong khi duy trì dòng thay đổi. Về cơ bản mỗi đầu vào từ trình điều khiển tƣơng đƣơng một bƣớc.
+ Chế độ half step:
Half step đơn giản chỉ có nghĩa là động cơ quay 400 bƣớc mỗi vòng. Trong chế độ này, một trong những cuộn dây đƣợc tiếp điện và sau đó hai cuộn dây đƣợc tiếp điện thay phiên, làm các cánh quạt quay ở nữa khoảng cách, hoặc 0,90 „s. ( Các tác dụng tƣơng tự có thể đạt đƣợc bằng cách điều khiển ở chế độ full step ở 400 bƣớc cho vòng xoay động cơ). Tuy nhiên, nữa bƣớc là một giải pháp thực tế hơn trong các ứng dụng công nghiệp.Mặc dù nó cung cấp momen xoắn hơi ít hơn.Chế