- Quản lý hàng hóa bảo hành, bảo trì
4.3 Tính tốn lựa chọn động cơ
4.3.3 Động cơ bước(Step)
Động cơ Step hay còn gọi là động cơ bước, đây là một loại động cơ chạy bằng điện khác biệt với đa số các loại động cơ thông thường. Loại động cơ này có bản chất là dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hay chuyển động của rotor có khả năng cố định rotor vào các vị trí phù hợp.
- Cấu tạo:
Cấu tạo của động cơ bước (step) bao gồm các bộ phận như: stato, rotor (nam châm vĩnh cửu). Trong đó;
• Bộ phận rotor: là một dãy các nam châm vĩnh cửu được xếp chồng lên nhau một cách tỉ mỉ. Tại các lá nam châm là các cặp cực xếp đối xứng nhau một cách đều đặn.
• Bộ phận stato: Được tạo bằng sức từ và chia thành các rãnh để đặt cuộn dây
Hình 4.25 Cấu tạo động cơ bước
- Phân loại:
Hiện nay có rất nhiều loại động cơ bước, tuy nhiên dựa vào các cách phân loại mà ta chia động cơ bước thành nhiều loại như:
Động cơ Step theo số pha động cơ:
40
• Động cơ bước 3 pha tương ứng với góc bước 1.2 độ • Động cơ bước 5 pha tương ứng với góc bước 0.72 độ Động cơ Step theo rotor:
• Động cơ rotor được tác dụng bằng dây quấn nam châm vĩnh cửu
• Động cơ thay đổi từ trở (loại động cơ này có sự đặc biệt là bộ phận rotor động cơ khơng được tác động nhưng có phần tử cảm ứng)
Động cơ Step theo cực • Động cơ đơn cực • Động cơ lưỡng cực - Nguyên lí làm việc:
Khác với các loại động cơ khác trên thị trường là quay theo cơ chế truyền thống, động cơ bước (step) quay theo từng bước một nên đảm bảo được độ chính xác về mặt điều khiển học.
Nguyên lý hoạt động của động cơ bước Step chủ yếu là nhờ các bộ chuyển mạch điện tử. Khi đó các mạch điện tử sẽ đưa các tín hiệu của lệnh điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định.
Tổng số lần chuyển mạch sẽ tương ứng với tổng số góc quay của rotor. Đồng thời chiều quay và tốc độ quay của rotor thì phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đồ của mạch. - Ưu điểm và nhược điểm của động cơ bước:
Ưu điểm:
• Khả năng cung cấp moment xoắn cực lớn ở dải vận tốc thấp và trung bình
• Động cơ bước cho hoạt động bền bỉ với thời gian
• Giá thành loại động cơ này thấp, phải chăng
• Thay thế hay bảo trì động cơ dễ dàng Nhược điểm:
• Động cơ Step có nguồn lực từ yếu, nguồn cấp điện vào không đủ nên việc sử dụng động cơ bước rất hay bị trượt bước. Cũng chính vì điều này mà đối với ngành công
41
nghiệp động cơ step không được dùng ở các cơng nghệ địi hỏi tốc độ cao.
• Trong quá trình hoạt động động cơ Step thường gây ra tiếng ồn và có hiện tượng nóng dần. Tuy nhiên hiện nay các loại động cơ step đã gần khắc phục được điều này mà thay vào đó là động cơ cho hoạt động khá êm và độ nóng cũng giảm.
- Ứng dụng:
Hiện nay người ta thường áp dụng động cơ bước (step) trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số là chủ yếu. Nó cũng được thực hiện bởi các lệnh mã hóa dưới dạng số.
Bên cạnh đó động cơ Step cịn được ứng dụng trong ngành tự động hóa như: máy cắt plasma CNC, máy cắt cnc,.. các loại cần sự chính xác cao.
Mặt khác, động cơ bước (step) cũng được sử dụng cho các loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in,...
=> Kết luận: qua những phân tích ở trên động cơ được lựa chọn
là động cơ bước vì bài tốn đạt ra cần u cầu điều khiển vị trí chính xác cũng như dễ dàng thiết lập và điều khiển. Ngoài ra động cơ bước cịn có kích thước cũng như thẩm mĩ phù hợp đa dạng nên dễ lựa chọn.
Tính tốn thơng số động cơ
Xác định công suất động cơ:
t ct P P =
Trong đó: Ptlà cơng suất tính tốn trên trục máy cơng tác
là hiệu suất truyền động tra bảng 2.3, n= 2
0,95.0,99 1 0,11 1000 t v Fv P =P = = kw Pct =0,12kw
Tốc độ quay sơ bộ của động cơ cần có: .
sb lv sb
42
Trong đó:
nsb là tốc độ quay sơ bộ mà động cơ cần có (vg/ph) nlv là tốc độ quay của trục công tác (vg/ph)
usb là tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống
• Tốc độ quay của trục bộ phận công tác: 𝑛𝑙𝑣 = 𝑣.60.1000 𝜋.𝐷 =0.5.60.1000 𝜋.10 = 955 (vg/ph) Trong đó: D là đường kính tang (mm)
Từ ut và nlv có thể tính được số vịng quay sơ bộ của động cơ nsb = nlv.ut = 955.3 = 2865 vòng/p
Tra bảng, chọn động cơ thỏa mãn điều kiện:
ndc ~ ndb = 2865 (vg/ph) Pdc ≥ Pyc = 0.11 (kW)
Mô men xoắn trên trục động cơ:
𝑇𝑑𝑐,𝑡 = 9, 55.106.𝑃𝑑𝑐,𝑡
𝑛𝑑𝑐 = 9, 55.106. 0.11
2865= 366,7 (N.mm)
4.3.4 Lựa chọn động cơ
Động cơ bước được em lựa chọn là động cơ bước size 42 1.8 step với các thơng số kĩ thuật như sau:
• Sử dụng rất nhiều cho máy in 3D, khắc laser, cơ cấu máy, robot
• 2 pha – 4 dây
• Chiều dài động cơ: 48mm • Đường kính trục: 5mm • Nguồn điện: DC
• Chức năng: Động cơ điều khiển • Momen xoắn lớn
43 • Góc bước: 1.8° ± 0.09° • Điện áp: DC – 1.5A
• Tần số khi động cơ chạy khơng tải: >1500PPS • Tần số bắt đầu khơng tải: 1900 PPS
• Khối lượng động cơ: 255g • Độ tự cảm: 3.7 x (1 ± 20%) mH • Điện trở cuộn dây: 2.4 x (1 ± 15%) Ω • Lớp cách điện: Loại B
Hình 4.26 Động cơ bước size 42-1.8step
Thơng số kích thước động cơ:
44
4.3.5 Lựa chọn driver điều khiển
Hiện nay có rất nhiều driver điều khiển cho động cơ bước như: DRV8825, TMC2208, TB6560, A4988, A3967... Các driver này đa dạng về hình dạng mẫu mã cũng như các ứng dụng của chúng.
- Thông số kĩ thuật của DRV8825:
• Điện áp cung cấp: 8.2~45VDC
• Dịng trung bình (RMS): 1.5A , dịng đỉnh ( Peak) lên đến 2.5A.
• 6 độ phân giải bước khác nhau: full, half step, 1/4 step, 1/8 step, 1/16 step, 1/32 step.
• Điện áp điều khiển: 3.3V và 5V.
• Tự động shutdown khi quá nhiệt, q dịng
• Bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá tải.
• Mạch 4 lớp,2 lớp phủ đồng giúp cải thiện khả năng tản nhiệt.
• Có thể thay thế tốt cho Driver A4988 trong máy in 3D. Mạch điều khiển động cơ bước DRV8825 với đầy đủ các tính năng của mơt driver chun nghiệp: điều chỉnh dịng giới hạn, vi bước (1/32 bước) ,bảo vệ quá dòng, quá nhiệt,v.v…
Hoạt động ở dải điện áp cao từ 8.2V đến 45V và có thể đạt được xấp xỉ 1,8A trên mỗi pha mà khơng cần tản nhiệt. Driver có các chân ra và bề mặt gần như đồng nhất với module A4988 vì vậy nó có thể dùng thay thế cho board đó trong nhiều ứng dụng khác nhau.
45
Hình 4.28 DRV8825
- Thơng số kĩ thuật của TCM2208:
• Chip: TMC2208
• Điện áp hoạt động: 4.75 ~ 36VDC
• Dịng làm việc hiện tại: 1.2A
• Dịng điện max: 2A
• Step/dir lên tới 256 microsteps
• Tương thích chế độ: UART
• Kích thước: 20.2 x 15.4mm
• Trọng lượng: 10g
Mạch điều khiển động cơ bước TMC2208 V1.2 là driver điều khiển động cơ bước cực kỳ nhỏ gọn, hổ trợ nhiều chế độ làm việc, điều chỉnh được dòng ra cho động cơ. Mạch sử dụng chip TMC2208 có thể cung cấp tới 256 microsteps/bước, dải điện áp rộng 4.75 ~ 36VDC.
Mạch điều khiển động cơ bước này có kích thước nhỏ gọn, hoạt động ổn định, giúp động cơ chuyển động mượt mà.
46
Hình 4.29 TCM2208
- Thơng số kĩ thuật của TB6560:
• Điện áp hoạt động: 10-35VDC.
• Dịng tải tối đa: 3A, peak 3.5A.
• Tích hợp Opto cách ly 6N137 tốc độ cao giúp cách ly tín hiệu điều khiển với board điều khiển, an tồn và chống nhiễu.
• Tích hợp tản nhiệt nhơm lớn giúp tản nhiệt cho TB6560.
• Thích hợp với động cơ bước 43, 57, 86 | 2 hoặc 4 pha | 4 dây hoặc 6 dây.
• Có cơng tắc để Setup dịng tải, tối đa 3A.
• Có cơng tắc để Setup vi bước 1:1, 1:2, 1:8, 1:16.
• Có cơng tắc để Setup Decay (lực giữ vị trí cố định).
• Sử dụng đơn giản, chỉ cần thiết lập thông số Motor, cấp nguồn và cấp xung điều khiển
Mạch điều khiển động cơ bước TB6560 là loại thường được sử dụng nhất hiện nay, mạch có thể điều khiển được động cơ bước 2 pha (10 – 35VDC) với công suất tối đa 3A. Mạch điều khiển động cơ bước TB6560 được sử dụng để điều khiển động cơ bước, ứng dụng trong máy CNC hoặc các hệ cơ khí chính xác.
47
Hình 4.30 TB6560
Qua tìm hiểu về những thơng tin kĩ thuật của từng loại mạch điều khiển động cơ bước cũng như giá thành của chúng em quyết định sử dụng DRV8825 cho đồ án kho tự động này do module đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu về kĩ thuật, giá thành thì rẻ hơn so với các module khác.