Thiết kế thi công mô hình máy in 3d dùng kit arduino

Máy in 3D Reprap dạng Prusa i3 sử dụng các linh kiện chính :Ardunio mega 2560, ramps 1.4,động cơ bước, đầu phun nhựa và cảm biến nhiệt độ, hiển thi thông tin trên LCD 16x4, giao tiếp để

TÓM TẮT

Hiện nay, công nghệ in 3D không ngừng được cải tiến và ứng dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực, tuy nhiên ngành in 3D chỉ mới bắt đầu xâm nhập thị trường Việt Nam trong một vài năm trở lại đây và còn khá xa lạ với nhiều người

Với mục đích muốn tiếp cận với công nghệ in 3D, nhóm thực hiện đồ án mong muốn chế tạo máy in 3D giá thành rẻ, phù hợp với mọi người, dựa trên các nền tảng mã nguồn mở, các thiết kế và linh kiện cơ khí và điện tử có bán rộng rãi trên thi trường, nhóm đã chế tạo thành công máy in 3D:

MỤC LỤC

Danh sách các bảng i

Danh sách các hình ii

Chương 1 TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined. 1.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 1.2 Mục đích Error! Bookmark not defined 1.3 Mục tiêu Error! Bookmark not defined 1.4 Nội dung thực hiện 1

1.5 Giới hạn 1

1.6 Bố cục đề tài 2

Chương 2 KHẢO SÁT SƠ ĐỒ KHỐI 3

2.1 Giới thiệu 3

2.2 Cơ sở lý thuyết của máy in 3D 4

2.2.1 Vật liệu in 3D 4

2.2.2 Hoạt động của máy in 3D 5

2.3 Thiết kế sơ đồ khối 6

2.3.1 Khối cảm biến 7

2.3.2 Khối xử lý trung tâm 8

2.3.3 Khối hiển thị và điều khiển 12

2.3.4 Khối nguồn 13

2.3.5 Khối tải 13

2.4 Lưu đồ giải thuật 25

Chương 3 THI CÔNG 27

3.1 Thi công phần điện 27

3.2 Thi công khung máy 28

3.2.1 Khung máy 28

3.2.2 Đế đỡ bàn in và bàn in 29

3.2.3 Các bộ phận bằng nhựa 30

3.2.4 Các bộ phận đầu phun bằng nhựa 31

3.2.5 Thanh trượt trục tròn và trục vít 32

3.2.6 Linh kiện cơ khí 32

3.2.7 Linh kiện cho bàn nhiệt 33

3.2.8 Bộ đùn 33

3.3 Điều khiển máy in 3D 34

3.3.1 Phần mềm lập trình Arduino IDE 34

3.3.2 Phần mềm điều khiển in 3D 35

Chương 4 KẾT QUẢ 39

4.1 Mô hình máy in 3D dạng Prusa I3 39

Chương 5 KẾT LUẬN 42

5.1 Kết luận 42

5.2 Những khó khăn trong quá trình thực hiện đồ án 42

5.3 Hướng phát triển 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC BẢNG

BẢNG TRANG

Bảng 2.1: Chức năng chính các chân Driver A4988………22

Bảng 2.2: Chế độ điều khiển driver A4988……… 23

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG

Hình 2.14: Bố trí các cuộn dây trong động cơ bước kiểu lai 17 Hình 2.15: Cấu tạo rotor của động cơ bước kiểu lai 17

Hình 2.17: Sơ đồ nối dây của động cơ bước lai lưỡng cực 18

Hình 2.21: Dạng sóng các chế độ điều khiển động cơ bước 20

Hình 3.3: Bản vẽ đế đỡ bàn in 29

Hình 3.7: Giao diện sau khi cài đặt của Arduino IDE 34

Hình 3.9: Chọn kiểu máy, thông số máy trên phần mềm Cura 36 Hình 3.10: Thiết lập các thông số cần thiết khi in 38 Hình 4.1: Máy in 3D dạng Prusa I3 sau khi chế tạo 39 Hình 4.2: Kích thước sản phẩm thực tế so với thiết kế 40

2

Chương 1:

TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU

Khoa học kỹ thuật vào đầu thế kỉ 21 phát triển bùng nổ đã tạo cơ hội cho công nghệ in 3D ra đời Đây là bước đột phá nổi trội, làm thay đổi những phương thức sản xuất truyền thống và có thể sẽ trở thành xu hướng trong thời gian tới

Hiện nay, công nghệ in 3D không ngừng được cải tiến và ứng dụng rộng rãi

ở nhiều lĩnh vực từ kiến trúc, xây dựng, thời trang, mỹ thuật, y học, giải phẩu thẫm

mỹ, giáo dục đến các ngành công nghiệp sản xuất khác như hàng tiêu dùng, ô tô, máy bay, vũ trụ Bằng cách sử dụng máy in 3D, tính khả thi của việc tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh như ý tưởng được nâng cao, rút ngắn thời gian nhiều nhất có thể

1.2 MỤC ĐÍCH

- Tiếp cận công nghệ in 3D

- Chế tạo được máy in 3D giá thành rẻ, dễ sử dụng

1.3 MỤC TIÊU

- Chế tạo được máy in 3D dạng Prusa I3

- In vật thể với kích thước vật thể tối đa là 200x200x200 (mm) với sai số cho phép

là 0,2 mm

1.4 NỘI DUNG THỰC HIỆN

- Thiết kế, thi công khung máy, phần cứng, phần điện (cơ khí, linh kiện)

- Lắp ráp các khối điều khiển vào máy in 3D

- Lập trình điều khiển trên kit Arduino Mega 2560

1.5 GIỚI HẠN

- Nghiên cứu tổng quan về máy in 3D Reprap dạng Prusa I3

- Thiết kế, chế tạo máy in 3D với kích thước vật thể tối đa là 200x200x200 (mm) với sai số cho phép là 0,2 mm

- Sử dụng mã nguồn mở để điều khiển máy in

1.6 BỐ CỤC ĐỀ TÀI

- Chương 1: Giới thiệu

- Chương 2: Khảo sát sơ đồ khối

- Chương 3:

Khi ta đã gọi là máy in thì nó phải có “mực” Với máy in thường, sau khi

in, mực sẽ khô và để lại các vệt màu trên giấy Còn máy in 3D thì “đắp” từng mảng vật liệu rồi khô cứng lại thành mô hình tương ứng với thiết kế 3D

Sản phẩm in 3D nó không trừu tượng như trên mô hình thiết kế, bạn có thể cầm nắm, thậm chí sử dụng được như một sản phẩm bình thường

Máy in 3D Reprap dạng Prusa i3 sử dụng các linh kiện chính :Ardunio mega 2560, ramps 1.4,động cơ bước, đầu phun nhựa và cảm biến nhiệt độ, hiển thi thông tin trên LCD 16x4, giao tiếp để điều khiển thông qua núm xoay, động cơ bước

Hình 2.1: Mô hình được in 3D

4

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÁY IN 3D

2.2.1 VẬT LIỆU IN 3D

Người sử dụng máy in 3D sẽ lựa chọn 2 loại vật liệu đầu vào: Acrylonitrile

Butadiene Styrene (nhựa ABS) và Polylactic Acid (nhựa PLA) Một số máy in chỉ

nhận nhựa ABS, một số loại khác sử dụng được cả hai Các vật liệu nhựa đầu vào này có dạng sợi, chiều rộng 1,75mm hoặc 3mm Nhựa ABS thường được sử dụng

để tạo ra đồ chơi Lego Đây là loại nhựa có gốc hóa học, hoạt hóa ở nhiệt độ cao

Nhựa PLA thì có nguồn gốc tự nhiên, chẳng hạn như từ ngô và mía, cứng và bóng hơn nhựa ABS Ngoài việc dùng làm nguyên liệu đầu vào cho máy in 3D, nhựa PLA còn được ứng dụng để sản xuất các loại bao bì phân hủy được

Hình 2.2: Sợi nhựa dùng để in 3D Sợi nhựa dùng cho máy in 3D có giá thành khá đắt Hãng MakerBot bán 2,2 pound (990 gram) sợi nhựa PLA giá 48 USD (960.000 đồng) Nếu tìm mua trên eBay giá thành sẽ rẻ bằng một nửa Hãng này ước tính 990 gram sợi nhựa có thể in ra được 392 quân cờ vua Giá thành sợi nhựa sẽ giảm xuống nếu các loại máy in 3D trở nên phổ biến và sợi nhựa được sản xuất với quy mô lớn Có một cách khác để giảm giá thành đầu vào là bạn sử dụng máy ép sợi nhựa Bạn đưa nguyên liệu nhựa tái chế hoặc nhựa giá rẻ vào máy ép để tạo ra các sợi nhựa

5

2.2.2 HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY IN 3D

Khi đã có sợi nhựa, ta đưa vào máy in 3D qua một bộ phận gọi là đầu in (print head) Đầu in có hình dáng như một chiếc hộp với một vòi phun Một cơ cấu truyền động sẽ đẩy từng phần nhựa xuống đầu in Trước khi nhựa bị đùn ra từ đầu kim in, sợi nhựa phải đi qua một ống nhiệt và hóa lỏng Nhựa qua đầu kim in là những đường chỉ siêu mảnh chỉ 0,1 milimet Ngay khi ra ngoài không khí, nhựa khô cứng rất nhanh, gắn lại với nhau tạo thành các lớp Có nhiều cách in 3D ứng với nhiều kiểu máy in 3D khác nhau, ở đây, đề tài của nhóm thực hiện nghiên cứu chế tạo máy in 3D Repraps dạng Prusa i3

Với máy in 3D prusa i3, có cơ cấu hoạt động như sau :

- Xét chuyển động trong không gian 3 chiều, tọa độ Đề-các ( 3 phương x,y,z)

- Chuyển động của đầu in và bàn in:

Đầu in được điều khiển bỡi 2 động cơ, để di chuyển theo chiều lên xuống

(trục y) và qua lại theo phương ngang (trục x) Để đầu in có thể chuyển động theo phương ngang, ta dùng 1 động cơ bước , đặt trục nằm ngang ,tạo ra chuyển động quay, thông qua dây đai curoa gắn kết với đầu in tạo thành chuyển động tịnh tiến theo phương ngang ( trục x)

Để đầu in có thể chuyển động theo phương thẳng đứng, lên- xuống, sử dụng 2 trục vitme theo phương thẳng đứng được xoay bỡi bỡi 2 động cơ có trục đặt thẳng đứng thẳng đứng, động cơ quay kéo theo chuyển động quay của vitme làm đầu in có thể chuyển động lên xuống

Bàn in được 1 động cơ điều khiển để di chuyển tới lui (di chuyển theo trục

y , cố định trục x và trục z) Chuyển động của bàn in từ 1 động cơ bước có trục đặt theo phương ngang kéo dây curoa kéo theo bàn in chuyển động tịnh tiến

6

2.3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI

Theo yêu cầu của đề tài, chúng tôi tiến hành thiết kế máy in 3D gồm các khối sau:

Khối cảm biến: bao gồm cảm biến nhiệt độ và công tác hành trình

- Cảm biến nhiệt nhận tín hiệu nhiệt độ từ đầu gia nhiệt trong đầu phun, tín hiệu được xử lý để hiển thị và dùng để điều khiển đầu phun

- Công tác hành trình : tạo điểm bắt đầu, vị trí xuất phát của động cơ

Khối xử lý trung tâm

- Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khối cảm biến, sau đó

xử lý tín hiệu để hiển thị và điều khiển tải

Khối hiển thị

- Hiển thị các thông tin cần thiết cho hệ thống : thông tin nhiệt đô, tọa độ, các thông tin để tương tác và điều khiển

Khối điều khiển

- Điều khiển thực hiện các lệnh thực thi cho hệ thống: start, stop , reset,

Khối nguồn

- Cung cấp điện cho các khối trong hệ thống

- Là ngõ ra của hệ thống, thực thi các yêu cầu

- Bao gồm các động cơ và đầu phun

- Động cơ làm di chuyển đầu phun theo tọa độ được điều khiển từ khối xử

lý trung tâm

Từ yêu cầu đó, ta thiết kế sơ đồ khối của hệ thống nhƣ sau

Hình 2.3: Sơ đồ khối máy in 3D

Hiện nay các máy in 3D thường sử dụng giải pháp cảm biến nhiệt độ bằng các nhiệt điện trở Giải pháp này có ưu điểm là giá thành rẻ, trong khi đó nhiệt điện trở có độ bền cao

Hình 2.4: Điện trở nhiệt (Thermistor)

Nhiệt điện trở có thể phân thành 2 loại theo hệ số k Nếu k dương, trở kháng của điện trở tăng khi nhiệt độ tăng, khi đó nó được gọi là nhiệt điện trở thuận hay thuận nhiệt trở (PTC - Positive Temperature Coefficient) Ngược lại nếu

k âm, trở kháng của điện trở giảm khi nhiệt độ tăng, và nó được gọi là nghịch nhiệt trở (NTC - Negative Temperature Coefficient)

Nhiệt điện trở được dùng làm cảm biến nhiệt trong các máy móc thiết bị, như máy điều hòa nhiệt độ, tủ lạnh,… Nó cũng được dùng trong phần mạch bảo vệ quá nhiệt trong các bộ cấp nguồn điện

- Công tắc hành trình

Để đảm bảo độ chính xác cho việc in sản phẩm, việc phải có điểm bắt đầu xuất phát (home) là rất quan trọng Khi các trục X,Y,Z chưa nằm trên cùng 1 mặt phẳng ngang, việc kéo chúng về tọa độ ban đầu đóng vai trò như một sự chuẩn bị

Tại vị trí của các công tắc hành trình (end-stop) được coi là 0 (home), hoặc là nơi

mà các trục không thể di chuyển xa hơn nữa

Các dòng công tắc hành trình hiện nay thường có ba chân, thường đóng (NC), thường mở (NO) và Common (C) Các chân NC và NO được đặt cố định,

8

chân C có chức năng như cổng tạo tín hiệu trên bộ điều khiển Khi nút trên stop bị tác động sẽ gửi một tín hiệu tới bộ điều khiển để cho nó biết rằng trục đã đạt đến vị trí 0 (home)

end-Trong phạm vi giới hạn đồ án, nhóm sử dụng: chân Common (C) và thường đóng (NC) Vì chỉ sử dụng 1 trong 2 tiếp điểm thường đóng (NC) hoặc thường mở (NO)

Hình 2.5: Công tắc hành trình

2.3.2 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM

Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khối cảm biến, sau đó xử

lý tín hiệu để hiển thị và điều khiển tải

Để điều khiển toàn bộ hệ thống hoạt động, ta sử dụng mạch điều khiển RAMPS 1.4 được thiết kế để phù hợp với toàn bộ thiết bị điện tử cần thiết cho máy in 3D RepRap với chi phí thấp RAMPS 1.4 giao tiếp với Arduino Mega với nền tảng mạnh mẽ và có nhiều room để mở rộng Thiết kế module bao gồm các khe cắm cho trình điều khiển động cơ bước và mạch điện điều khiển đầu phun trên shield Arduino Mega để dễ dàng sử dụng, thay thế, nâng cấp và mở rộng chức năng Ngoài ra, 1 số bo mạch mở rộng của Arduino có thể được gắn thêm vào miễn là mạch RAMPS gắn ở lớp trên cùng

9

- MẠCH ĐIỀU KHIỂN ARDUINO MEGA 256

Arduino Mega 2560 là 1 bo mạch thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điểu

khiển AVR Atmega2560

Hình 2.6: Arduino Mega 2560

Đi cùng với Board Arduino là một phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp : IDE (Integrated Development Environment) cho phép người dùng viết các chương trình cho Arduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++

Cấu tạo chính của Arduino Mega 2560 bao gồm các phần sau:

- Cổng USB: đây là loại cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điều khiển Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính

- Jack nguồn: để chạy Arduino thì có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên, nhưng không phải lúc nào cũng có thể cắm với máy tính được Lúc đó ta cần một nguồn từ 9V đến 12V

- Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lí trung tâm của toàn bo mạch Với mỗi mẫu Arduino khác nhau thì con chip là khác nhau Ở con Arduino Mega2560 này thì sử dụng ATMega2560

10

- Thông số kỹ thuật:

+ Điện áp hoạt động: 7-12V + Điện áp đầu vào: 6-20V

 12 chân đầu ra PWM, độ phân giải 8 bit, từ chân số 2 đến 13

 10 chân giao tiếp, từ chân số 14 đến 21 và 2 chân số 0,1

 32 chân vào/ra số, từ chân số 22 đến 53

 Ngoài ra có 3 chân nối đất (GND) và một chân điện áp tham chiếu (AREF), 2 chân nguồn 5v

+ Chân vào tương tự: 16 ( từ chân số 0 đến 15)

+ Dòng điện trong mỗi chân I/O: 40mA + Dòng điện Chân nguồn 3.3V: 50mA

11

RAMPS (RepRap Arduino Mega Pololu Shield) là bộ kit điều khiển máy in

3D Reprap giao tiếp với bộ Arduino Mega 2560 mạnh mẽ cùng nhiều cổng kết nối

mở rộng

Trên Arduino MEGA shield có các mô-đun tích hợp khe cắm trình điều

khiển động cơ bước (stepper drivers) và thiết bị điện tử của bộ đùn nhựa in 3D

Đặc biệt, chúng ta có thể gắn thêm các bo mạch mở rộng của Arduino nhưng phải đảm bảo mạch RAMPS gắn ở lớp trên cùng

Bo mạch điều khiển máy in 3D Reprap có rất nhiều loại và đều dựa trên nền tảng Arduino mã nguồn mở Hiện nay, những người chế tạo máy in 3D thường chọn bo mạch RAMPS 1.4 để làm bộ não cho chiếc máy vì những tiện ích

mà nó mang lại

Cấu tạo RAMPS 1.4:

- Năm khe cắm driver A4988 điều khiển tương ứng năm động cơ bước, với mỗi khe cắm driver A4988 thì có ba cầu nối giữa nguồn với chân MS1, MS2, MS3

để điều chỉnh chế độ bước của động cơ bước

- Ba Mossfet được điều khiển bằng xung PWM, cấp nguồn điều khiển đầu đùn, bàn gia nhiệt và quạt làm mát Để lấy nguồn cho thiết bị ta chỉ việc kết nối

thiết bị với các ngõ ra D8, D9 hoặc D10

- Ba cặp chân T0, T1, T2 là các vị trí nối Thermistor, các Thermistor này sau khi được kết nối với T0 (hoặc T1 hoặc T2) sẽ kết hợp với điện trở 4,7 kΩ trong board tạo nên cầu chia áp, khi giá trị Thermistor thay đổi thì điện áp

VTHERM0 vào vi xử lý thay đổi theo

- Sáu cặp chân cắm công tắc hành trình tương ứng với 3 trục X,Y,Z ở hai vị

trí Max, Min

- Nút nhấn Reset nối mass với chân reset của vi xử lý, bình thường nút nhấn

hở mạch, khi cần reset ta tác động nút nhấn reset hệ thống

Ngoài ra board còn có thế kết nối động cơ Servos, LCD, SDcard

12

Hình 2.8: Kết nối Ramps với Arduino

2.3.3 KHỐI HIỂN THỊ VÀ ĐIỀU KHIỂN

Do sử dụng kit xử lý ardunio kết hợp với RAMPS 1.4, ta có thể sử dụng 1 mạch điều khiển kết hợp với hiển thị là RAMPS LCD controller, được chế tạo phù

hợp để hiển thị và tương tác với máy in 3D reprap thông qua RAMPS 1.4

Hình 2.8: Ramps LCD controller Ramps LCD controller bao gồm 1 khe đọc thẻ SD, 1 LCD 20x4 và 1 núm xoay để người dùng tương tác, thực hiện các lệnh điều khiển máy in 3D hoạt động

13

2.3.4 KHỐI NGUỒN

Bộ nguồn điện (Power Supply ) là thành phần rất quan trọng để Máy in 3D Reprap có thể hoạt động ổn định Nguồn điện phải đảm bảo công suất thì các linh kiện điện tử ( nhất là bo mạch RAMPS và động cơ bước) mới có thể chạy lâu dài MeanWell Power Supply là bộ nguồn có chất lượng tốt mà giá không quá cao, phù hợp với tất cả các dòng máy in 3D reprap giá rẻ trên thị trường Bộ nguồn

MeanWell Power Supply có thông số : 350W-12V – 29A , Model NES-350-12

Qua quá trình thử nghiệm với các sản phẩm Reprap tự chế, MeanWell được công nhận là bộ nguồn tin cậy cho máy in 3D Reprap Đồng thời, hãng MeanWell nổi tiếng với các sản phẩm điện-điện tử trên toàn thế giới, nên bạn hoàn toàn yên tâm

những khối răng làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính

Tất cả các mạch đảo phải được điều khiển bên ngoài bởi bộ điều khiển, và đặc biệt, các động cơ và bộ điều khiển được thiết kế để động cơ có thể giữ nguyên

bất kỳ vị trí cố định nào cũng như là quay đến bất kỳ vị trí nào

- Moment cao khi khởi động

- Có thể hoạt động trong một hệ thống điều khiển vòng hở

- Khả năng đứng máy và trượt bước thấp

- Làm việc được ở nhiều điều kiện môi trường khác nhau

Nhược điểm:

- Cần dùng mạch điều khiển chuyên dụng

- Tiêu hao dòng điện nhiều hơn động cơ DC

- Moment sẽ giảm khi ở tốc độ cao

Hình 2.10: Cấu tạo động cơ bước

15

Phân loại động cơ bước

Dựa theo cấu trúc rotor ta chia động cơ bước thành 3 loại: từ trở biến thiên,

nam châm vĩnh cửu, loại lai

Dựa theo cách quấn dây trên Stator, ta chia động cơ bước thành 2 loại:

- Loại đơn cực : gồm 2 bộ dây quấn trên 1 cặp cực Stator và có 5, 6 hoặc 8 đầu dây

Hình 2.11a Loại từ trở biến thiên

Hình 2.11b Loại nam châm vĩnh cửu Hình 2.11c Loại lai.

Hình 2.11: Phân loại động cơ bước

Hình 2.12: Động cơ bước loại đơn cực

16

- Loại lưỡng cực: gồm 1 bộ dây quấn trên 1 cặp cực Stator và có 4 đầu dây

Nhóm làm đồ án chọn động cơ bước loại lai NEMA 17 kiểu đấu dây lưỡng cực do:

- Đây là loại động cơ bước phổ biến trên thị trường

- Trục động cơ có đường kính 5mm, hoàn toàn phù hợp với cơ cấu truyền động khi lắp ráp

- Giá thành rẻ nhưng vẫn đảm bảo đủ Moment cho nhu cầu máy in 3D

Tuy nhiên, trên thị trường có loại 6 dây, nhưng có chỉ cần sử dụng 4 dây Có 2 dây chung của mỗi pha Nên ta chỉ cần bỏ 2 dây đó bằng cách dùng VOM đo điện điện trở để xác định dây

Cấu tạo và hoạt động của động cơ bước lưỡng cực kiểu lai:

Động cơ bước lưỡng cực kiểu lai là sự kết hợp của 2 loại: nam châm vĩnh cửu và từ trở biến thiên, với 4 dây ra thường được quấn như sơ đồ Hình 2.11c loại lưỡng cực

Để động cơ bước hoạt động cần phải cấp xung đến các đầu dây vào theo thứ tự nhất định Để có được xung điều khiển theo tuần tự cấp vào các dây, mỗi động cơ bước cần có một mạch điều khiển hoặc một Driver chuyên dụng để điều khiển nó Ta xét một động cơ bước kiểu lai lưỡng cực 4 dây ra (Hình 2.13), đây là loại động cơ được sử dụng trong chế tạo mô hình thực tế

Hình 2.13: Động cơ bước loại lưỡng cực 4 đầu dây

17

Các thành phần của động cơ gồm có:

Nam châm vĩnh cửu có một cặp cực Bắc-Nam (N-S), với 1 xung kích thì động cơ sẽ quay được 1.80/3600 hình học, được điều khiển bởi các cặp cuộn dây A–A’ và B–B’

Hình 2.14: Bố trí các cuộn dây trong động cơ bước kiểu lai

Hình 2.15: Cấu tạo rotor của động cơ bước kiểu lai

Rotor luôn được ghim trong từ trường quay của Stator, sao cho tại cùng một bản cực trên Stator thì một cực của Rotor gần nó nhất còn cực còn lại thì xa nhất Khi cuộn A-A’ bị ngắt điện đồng thời cuộn B-B’ được cấp điện, khi đó từ trường của Stator bị lệch đi 3 răng bằng với khoảng chênh lệch giữa cặp A-A’ và B-B’, từ trường này sẽ kéo rotor quay lệch đi 1 răng Cứ tuần tự cấp điện như vậy,

ta sẽ tạo ra từ trường quay quanh trục của Rotor và kéo rotor quay

Hình 2.16: Hoạt động của động cơ bước kiểu lai

Hình 2.17: Sơ đồ nối dây của động cơ bước lai lưỡng cực

19

Các chế độ điều khiển động cơ bước: gồm 4 chế độ

- Dạng sóng (Wave drive ):

+ Mỗi thời điểm chỉ có 1 cuộn dây Stator được kích hoạt

+ Các động cơ đơn cực và lưỡng cực cùng thông số dây quấn thì Rotor quay như nhau

+ Hạn chế: chỉ sử dụng 25% (hoặc 50%) dây quấn động cơ đơn (hoặc lưỡng) cực nên Moment giảm

Hình 2.18: Chế độ Wave drive

- Bước nguyên (Full step drive):

+ Mỗi thời điểm kích hoạt 2 pha

+ Full step làm rotor di chuyển giống Wave drive nhưng lệch nửa bước

+ Moment động cơ dây quấn đơn cực nhỏ hơn dây quấn lưỡng cực vì chỉ dùng 50% dây quấn

- Nửa bước (Half step drive ):

+ Kết hợp điều khiển Wave Drive và Full step drive

+ Half step làm rotor di chuyển nửa bước

Hình 2.19: Chế độ Full step drive