Báo cáo giữa kỳ môn học cảm biến và cơ cấu chấp hành

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b><small>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHKHOA CHẤT LƯỢNG CAO</small></b>

<b>BÁO CÁO GIỮA KỲ MÔN HỌCCẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>MỤC LỤC</b>

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN 1

5.2. <small>Lựa chọn stepper motor như thế nào </small> 1<small>3</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>CHƯƠNG 1: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNGCỦA CẢM BIẾN</b>

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại động cơ bước (stepper motor) với các cấu tạo và nguyên lý hoạt động khác nhau. Một số loại phổ biến bao gồm:

Động cơ bước đơn giản (simple stepper motor): Bao gồm một rotor và một stator, với các cực nam châm sắp xếp theo một số bước nhất định. Điện áp được cấp vào các cuộn dây trong stator để tạo ra từ trường, kéo rotor quay theo các bước nhất định.

Động cơ bước đồng bộ (synchronous stepper motor): Cấu tạo tương tự như động cơ bước đơn giản, nhưng có thêm một cảm biến để giúp điều chỉnh tốc độ và đồng bộ hóa quay của rotor.

Động cơ bước Hybrid (hybrid stepper motor): Kết hợp giữa nguyên lý hoạt động của động cơ bước đơn giản và động cơ bước đồng bộ, cho phép tăng hiệu suất và độ chính xác của động cơ.

<b>1.1 Cấu tạo</b>

⮚Cấu tạo: Động cơ bước ( stepper motor ) gồm 2 thành phần chính : + Phần rotor của hybrid step motor được cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu với 2 phần cực từ N & S độc lập nhau ghép lại trên cùng 1 trục rotor. Do là loại động cơ step nên phần rotor của động cơ bước được chế tạo là các cực từ dạng “răng” và nằm ở vị trí so le nhau

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

+ Phần stator của hybrid step motor được cấu tạo từ 2 cuộn dây “A+ A-” và “B+ B-”. Khi có dịng điện chạy qua lần lượt các cuộn dây pha A và pha B, các cặp cực của stator sẽ sinh ra từ trường và tương tác với từ trường ở nam châm vĩnh cửu trên rotor, và làm trục rotor ( trục động cơ ) quay theo 1 góc bước nào đấy.

<b>1.2 Nguyên lý hoạt động</b>

Mỗi động cơ đều chuyển đổi năng lượng. Động cơ điện chuyển đổi điện thành chuyển động. Động cơ bước chuyển đổi điện thành quay. Động cơ bước không chỉ chuyển đổi năng lượng điện thành quay mà nó cịn có thể được điều khiển rất chính xác về mức độ quay và tốc độ quay.

Động cơ bước được đặt tên như vậy vì mỗi xung điện sẽ quay động cơ một bước. Động cơ bước được điều khiển bởi một trình điều khiển, gửi các xung vào động cơ, khiến nó quay. Số lượng xung điện mà động cơ quay là bằng số lượng xung được gửi vào trình điều khiển. Động cơ sẽ quay với tốc độ bằng tần số của những xung này.

Động cơ bước rất dễ kiểm sốt. Hầu hết các trình điều khiển đang tìm kiếm xung 5 volt, đó là mức điện áp của hầu hết các mạch tích hợp. Bạn chỉ cần thiết kế một mạch để đầu ra các xung hoặc sử dụng một trong những máy phát xung của ORIENTAL MOTOR.

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

Một trong những tính năng đáng kinh ngạc nhất của động cơ bước là khả năng vị trí rất chính xác. Điều này sẽ được đề cập kỹ hơn sau. Động cơ bước khơng hồn hảo, ln có một số sai số nhỏ. Độ chính xác tiêu chuẩn của động cơ bước của ORIENTAL MOTOR là ± 3 phút cung (0,05°). Tính năng đáng chú ý của động cơ bước là sai số này khơng tích lũy từ bước này sang bước khác. Khi một động cơ bước tiêu chuẩn di chuyển một bước, nó sẽ di chuyển 1,8° ± 0,05°. Nếu cùng một động cơ di chuyển một triệu bước, nó sẽ di chuyển 1.800.000° ± 0,05°. Sai số khơng tích lũy.

Động cơ bước có thể phản ứng và tăng tốc nhanh chóng. Chúng có quán tính rotor thấp, có thể đạt tốc độ nhanh chóng. Vì lý do này, động cơ bước rất lý tưởng cho những chuyển động ngắn và nhanh.

<b>***Các Phương pháp điều khiển Stepper Motor</b>

<b>Wave Drive là một phương pháp điều khiển động cơ bước. Trong phương</b>

pháp này, chỉ có một pha được bật lên tại một thời điểm. Khi chúng ta kích hoạt pha A, cực nam của nó sẽ hút cực bắc của rotor. Chúng ta tắt pha A và bật pha B, rotor quay 90° (1,8°) và tiếp tục như vậy. Mỗi lần chỉ có một pha được kích hoạt. Phương pháp này có một chuỗi điện bốn bước để quay động cơ.

<b>Phương pháp "2 Phases On" là phương pháp điều khiển động cơ bước bằng</b>

cách kích hoạt hai pha cùng lúc. Nếu cả hai pha A và B được kích hoạt như là cực nam, cực bắc của rotor sẽ được hút về phía giữa hai cực nam. Theo thứ tự khi các pha

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

được kích hoạt, rotor sẽ quay để định vị giữa hai cực nam được kích hoạt. Phương pháp "2 Phases On" có một chuỗi điện bốn bước để quay động cơ và tạo ra mô-men xoắn gấp 41,4% so với phương pháp "1 Phase On".

Đối với động cơ 5 pha, chúng ta sử dụng phương pháp "4 Phase On". Mỗi lần, chúng ta kích hoạt 4 pha và động cơ bước một bước. Động cơ 5 pha sẽ đi qua một chuỗi điện 10 bước.

<b>Phương pháp "1-2 Phases On" hay còn gọi là nửa bước kết hợp hai phương</b>

pháp trước đó. Trong trường hợp này, chúng ta kích hoạt pha A. Rotor sẽ định vị. Tại điểm này, chúng ta giữ pha A bật và kích hoạt pha B. Bây giờ rotor được hút về phía giữa hai cực nam và định vị ở giữa. Rotor đã quay 45° (0,9°). Bây giờ chúng ta tắt pha A nhưng giữ pha B bật. Động cơ bước tiếp theo được thực hiện. Và cứ tiếp tục như vậy. Bằng cách xen kẽ giữa một pha và hai pha được kích hoạt, chúng ta đã cắt đơi góc bước. Hãy nhớ rằng với góc bước nhỏ hơn, độ rung được giảm. (Đối với động cơ 5 pha, chúng ta xen kẽ giữa 4 pha và 5 pha được kích hoạt.)

Phương pháp nửa bước có một chuỗi điện tám bước. Đối với động cơ 5 pha, trong phương pháp "4-5 Phases On", động cơ sẽ đi qua một chuỗi điện 20 bước.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>Microstepping là cách để làm cho các bước nhỏ hơn. Càng nhỏ bước, độ phân</b>

giải càng cao và đặc tính rung tốt hơn. Trong microstepping, một pha khơng được kích hoạt hồn tồn hoặc tắt hồn tồn. Nó được kích hoạt một phần. Sine wave được áp dụng cho cả pha A và pha B, cách nhau 90° (0,9° trong động cơ bước 5 pha).

Khi công suất tối đa ở pha A, pha B là không. Rotor sẽ định vị với pha A. Khi dòng điện đến pha A giảm, nó tăng lên pha B. Rotor sẽ di chuyển những bước nhỏ về phía pha B cho đến khi pha B đạt giá trị tối đa của nó và pha A là khơng. Q trình tiếp tục quanh các pha khác và chúng ta có microstepping.

Có một số vấn đề liên quan đến microstepping, chủ yếu là độ chính xác và mô-men xoắn. Do các pha chỉ được kích hoạt một phần, mơ-mơ-men xoắn của động cơ giảm xuống, thường khoảng 30%. Ngồi ra, vì chênh lệch mơ-men xoắn giữa các bước rất nhỏ, động cơ đôi khi không thể vượt qua tải trọng. Trong những trường hợp đó, động cơ có thể được yêu cầu di chuyển 10 bước trước khi thực sự bắt đầu di chuyển. Trong nhiều trường hợp, cần thiết phải đóng vịng lặp với các bộ mã hóa để giám sát vị trí, điều này làm tăng giá thành.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH CỦA STEPPER MOTOR</b>

Đặc tính : Động cơ bước (stepper motor) là một loại động cơ điện, có thể xoay một góc nhất định với mỗi lệnh xung từ bộ điều khiển. Các đặc tính

<b>Số bước (Step count):</b> Đây là số lượng bước mà động cơ có thể xoay để hồn thành một vịng quay đầy đủ. Số bước thường được chỉ định trong tài liệu kỹ thuật của động cơ. Ví dụ, một động cơ bước có thể có 200 bước để hồn thành một vịng quay đầy đủ.

<b>Góc bước (Step angle) : Đây là góc xoay tương ứng với mỗi bước. Góc bước của</b>

động cơ bước thường là 1.8 độ, 7.5 độ hoặc 15 độ. Trong ví dụ trên, góc bước của động cơ là 1.8 độ.

<b>Điện áp (Voltage) : Điện áp cung cấp cho động cơ bước phải phù hợp với yêu cầu</b>

của nó. Nếu điện áp khơng đủ, động cơ sẽ khơng hoạt động đúng cách. Điện áp được chỉ định trong tài liệu kỹ thuật của động cơ.

<b>Dòng điện (Current): Động cơ bước yêu cầu một dòng điện nhất định để hoạt</b>

động. Nếu dịng điện khơng đủ, động cơ sẽ khơng có đủ lực để xoay. Dịng điện được chỉ định trong tài liệu kỹ thuật của động cơ.

<b>Tốc độ (Speed) : Tốc độ xoay của động cơ bước phụ thuộc vào tần số xung cấp</b>

cho nó. Tốc độ tối đa của động cơ bước thường được chỉ định trong tài liệu kỹ thuật. Tốc độ này được tính bằng số lượng bước mà động cơ có thể xoay trong một giây.

<b>Độ chính xác (Accuracy) : Độ chính xác của động cơ bước là khả năng xoay một</b>

góc chính xác tương ứng với số lượng bước được yêu cầu. Độ chính xác của động

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

cơ bước phụ thuộc vào số bước của nó. Ví dụ, nếu một động cơ có 200 bước và góc bước là 1.8 độ, thì độ chính xác của nó là 0.9 độ.

<b>Điều khiển (Control) : Động cơ bước được điều khiển bằng các xung điện từ bộ</b>

điều khiển. Các xung điện này được tạo ra bởi các vi điều khiển hoặc các bộ điều khiển đặc biệt. Bộ điều khiển sẽ phát ra các xung điện với tần số và thứ tự phù hợp để động cơ xoay đúng hướng và đúng số bước.

<b>Momen xoắn (Torque) : Động cơ bước có thể cung cấp một lực xoắn tại trục</b>

quay của nó. Momen xoắn của động cơ bước phụ thuộc vào dòng điện và tốc độ xoay của nó.

<b>Độ rung (Vibration): Động cơ bước có thể gây ra rung động khi hoạt động, do</b>

đó cần được lắp đặt và sử dụng đúng cách để giảm thiểu rung động.

<b>Tuổi thọ (Lifespan): Động cơ bước có tuổi thọ khá cao và có thể hoạt động trong</b>

một thời gian dài nếu được bảo trì và sử dụng đúng cách.

<b>Kích thước (Size): Động cơ bước có nhiều kích thước khác nhau, từ nhỏ đến lớn,</b>

phù hợp với các ứng dụng khác nhau.

<b>Độ ồn (Noise) : Động cơ bước có thể gây ra tiếng ồn khi hoạt động, do đó cần</b>

được lắp đặt và sử dụng đúng cách để giảm thiểu tiếng ồn.

<b>Độ phân giải : Độ phân giải của stepper motor là số bước mà nó có thể di chuyển</b>

trong một vịng quay đầy đủ, được tính bằng cách chia số bước trên một vòng của rotor cho số bước trên một vòng của stator.

<b>Khả năng tải trọng : Stepper motor có khả năng chịu tải cao và khả năng giữ vị</b>

trí của nó rất tốt. Tuy nhiên, nếu tải quá nặng, điện áp đưa vào cần được tăng để duy trì tốc độ và vị trí.

<b>Khả năng khởi động :Stepper motor có khả năng khởi động một cách dễ dàng, </b>

vì vậy nó được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng yêu cầu khởi động và dừng nhanh chóng

.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>CHƯƠNG 3: SO SÁNH CÁC LOẠI NGUYÊN LÝ***Dưới đây là bảng so sánh 1 số nguyên lý của 3 loại </b>

stepper motor:

<b>CHƯƠNG 4: DATASHEET</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<small>Ở trên là datasheet của 3 dòng của stepper nema ( 17,23,34)</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG CỦA STEPPER MOTOR</b>

<small>5.1.</small> <b>Ứng dụng</b>

Stepper motor được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng có yêu cầu chuyển động xoay chính xác và độ tin cậy cao. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của stepper motor:

<b>Máy in: Stepper motor được sử dụng để điều khiển các bộ phận của máy in như </b>

đầu in, trục cuốn giấy, hộp mực...

<b>Máy CNC: Stepper motor được sử dụng để điều khiển các trục XYZ của máy </b>

CNC để cắt, khoan hoặc mài các chi tiết chính xác.

<b>Máy chiếu phim: Stepper motor được sử dụng để điều khiển các bộ phận của </b>

máy chiếu phim như bộ lấy nét, bộ đèn...

<b>Máy quay phim: Stepper motor được sử dụng để điều khiển các bộ phận của </b>

máy quay phim như ống kính, trục quay...

<b>Robot: Stepper motor được sử dụng để điều khiển các khớp của robot để thực </b>

hiện các chuyển động chính xác.

<b>Thiết bị y tế: Stepper motor được sử dụng trong các thiết bị y tế như máy MRI, </b>

máy xạ trị, máy hút dịch...

<b>Thiết bị gia dụng: Stepper motor được sử dụng trong các thiết bị gia dụng như </b>

máy giặt, máy rửa chén, máy hút bụi...

<b>Thiết bị điện tử: Stepper motor được sử dụng trong các thiết bị điện tử như máy </b>

in 3D, máy quét...

Tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, stepper motor có thể được sử dụng với các driver và bộ điều khiển khác nhau để đáp ứng yêu cầu về độ chính xác và tốc độ của ứng dụng.

<small>5.2.</small> <b>Lựa chọn stepper motor như thế nào ?</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Để lựa chọn stepper motor phù hợp với ứng dụng của bạn, bạn cần xem xét các yếu tố sau đây:

<b>Tải trọng: Để chọn stepper motor phù hợp, bạn cần xác định tải trọng mà motor </b>

cần phải vận chuyển hoặc giữ vị trí. Tải trọng bao gồm khối lượng và các yếu tố khác như ma sát, lực cản...

<b>Tốc độ: Tốc độ của stepper motor phụ thuộc vào số bước và tần số xung điều </b>

khiển. Bạn cần xác định tốc độ cần thiết cho ứng dụng của mình để chọn stepper motor có số bước và tần số xung điều khiển phù hợp.

<b>Độ chính xác: Độ chính xác của stepper motor phụ thuộc vào đặc tính hàm </b>

truyền và độ nhạy. Bạn cần xác định độ chính xác cần thiết cho ứng dụng của mình để chọn stepper motor có đặc tính hàm truyền và độ nhạy phù hợp.

<b>Kích thước: Kích thước của stepper motor phụ thuộc vào số bước và công suất </b>

của motor. Bạn cần xác định kích thước và hình dạng của stepper motor cần thiết cho ứng dụng của mình.

<b>Chi phí: Chi phí của stepper motor phụ thuộc vào đặc tính và kích thước của </b>

motor. Bạn cần xác định ngân sách của mình và chọn stepper motor có giá thành phù hợp với ngân sách.

<b>Độ bền và tuổi thọ: Độ bền và tuổi thọ của stepper motor phụ thuộc vào chất </b>

lượng của các linh kiện và cấu trúc bên trong motor. Bạn cần chọn stepper motor từ các nhà sản xuất uy tín để đảm bảo độ bền và tuổi thọ cao.

Các yêu cầu kỹ thuật khác: Bạn cần xem xét các yêu cầu kỹ thuật khác như nhiệt độ môi trường, độ ẩm, độ rung, tiếng ồn... để chọn stepper motor phù hợp với ứng dụng

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO</b>

</div>