Với ưu điểm là điều khiển tốc độ động cơ dễ dàng, độ ổn định và độ chính xác cao nên động cơ DC và động cơ bước đã được sử dụng khá phổ biến như: truyền động cho một số máy như máy, điều
Trang 1MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC VÀ ĐỘNG CƠ BƯỚC
GVHD: NGUYỄN VĂN YÊN
SVTH: 1.LÊ XUÂN HẢI
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
Trong các ngành công nghiêp, công tác điều khiển vận hành các thiết bị theo một quy trình nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm đồng thời tiết kiệm chi phí sản xuất giữ một vị trí quan trọng
Với ưu điểm là điều khiển tốc độ động cơ dễ dàng, độ ổn định và độ chính xác cao nên
động cơ DC và động cơ bước đã được sử dụng khá phổ biến như: truyền động cho một số máy như máy, điều khiển trong máy tiện cnc, điều khiển các robot…
Để điều khiển tốc độ của động cơ một chiều và động cơ bướcthì có rất nhiều phương pháp,
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện -ĐiệnTử đã giúp đỡ chúng
em trong quá trình làm đồ án cùng thầy Nguyễn Văn Yên và thầy Nguyễn Minh Đức đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn chúng em làm đồ án
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm đồ án, chưa có nhiều kinh nghiệmnên còn có nhiều nhiều sai sót trong cách trình bày cũng như phần thể hiện đồ án của mình mong các thầy, cô và các bạn góp ý và bổ sung thêm
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
Trang 3TÊN THÀNH VIÊN TRONG NHÓM
Trang 4NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Trang 5
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Trang 6
Sơ lược đồ án :
Chương I
1 Giới thiệu về động cơ DC ……….7
2 Giới thiệu về̀ động cơ bước………9
3 Giới thiệu phần mềm mach 3………9
4 Điều khiển động cơ dc và động cơ bước bằng mach 3……….10
Chương II thực hành và ứng dụng 1 Sơ đồ khối……… 33
2 ứng dụng………33
2.1 viết chương trình động cơ trục chính và động cơ trục x,z………33
2.2 cài đặt thông số……….34
Chương III phân tích 1 số hư hỏng……… 35
Chương IV kết luận……….37
Trang 7PHẦN I: PHẦN Ý TƯỞNG
1.1 Lí do chọn đề tài:
Trên cơ sở củng cố kiến thức đã được học trên giảng đường, cũng như những buổi thực hành trong xưởng, đồng thời tiếp thu những thành tựu mới, nhóm chúng em chọn đề tài ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC VÀ ĐỘNG CƠ BƯỚC làm đồ án trang bị điện
1.2 Lịch sử vấn đề nghiên cứu:
Trước đây đã từng có tổ chức và cá nhân nghiên cứu đề tài trên
1.3 Mục tiêu nghiên cứu:
Tìm hiểu nguyên lí làm việc của động cơ DC, viết chương trình điều khiển hoạt động cho động cơ DC và động cơ bước bằng Mach 3
1.4 Xác định khách thể nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu:
- Khách thể nghiên cứu: Chương trình điều khiển động cơ DC và động cơ bước
- Đối tượng nghiên cứu: động cơ DC, động cơ bước và điều khiển cho động
cơ DC và động cơ bước hoạt động
1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu:
- Tìm hiểu về động cơ DC và động cơ bước
- điều khiển cho động cơ DC và động cơ bước
1.6 Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu trong phạm vi trường học
- Thời gian nghiên cứu đề tài: 15 tuần
1.7 Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp nghiên cứu qua tài liệu
- Phương pháp chuyên gia
- Phương pháp nghiên cứu mô hình
1.9 Kế hoạch nghiên cứu:
STT Nội dung công việc Thời gian
Kinh phí
và nguồnkinh phí
Người phốihợp
Sản phẩmmong đợi
1
-Lựa chọn đề tài
-Chuẩn bị các điều kiện
phục vụ nghiên cứu Tuần 1 NhómĐồ án NhómĐồ án Đề tài nghiêncứu
Trang 82 Đăng ký đề tài Tuần 2 Nhóm
Đồ án NhómĐồ án Đề tài nghiêncứu
3 Bảo vệ đề tài Tuần 15 NhómĐồ án
Nhóm
Đồ ánGVHD
Bảo vệ đề tài
về bài đồ án
Trang 9PHẦN II: PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I ĐỘNG CƠ DC
1.Cấu tạo của động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và
phần động
- Phần tĩnh hay stato hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ
trường nó gồm có: Mạch từ và dây cuốn kích, Cực từ chính, Cực từ phụ, Gông từ,
Các bộ phận khác(Nắp máy, Cơ cấu chổi than)
- Phần quay hay rôto:
Bao gồm những bộ phận chính sau:
+Phần sinh ra sức điện động gồm có: Mạch từ, Cuộn dây phần ứng,
Mạch từ được làm bằng vật liệu sắt từ (lá thép kĩ thuật) xếp lại với nhau
+Lõi sắt phần ứng:
+ Dây quấn phần ứng
+ Cổ góp
b Phân loại, ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều
- Phân loại động cơ điện một chiều
Ta có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng:
+ Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được cung
cấp từ hai nguồn riêng rẽ
+Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc song
song với phần ứng
+Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tếp
với phần ứng
Trang 10+ Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có 2 cuộn dây kích từ, một
cuộn mắc song song với phần ứng và một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng
- Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều
Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải ,
cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất
lớn, dễ vận hành mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử
dụng rộng rãi và phổ biến Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí 5
nhất định trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần
điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép,
máy công cụ lớn, đầu máy điện ) Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để
chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều
kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn Nhưng do những ưu
điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện
đại
+Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay
máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau Song ưu điểm lớn nhất
của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải Nếu như
bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng
được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ) rất đắt tiền
thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà
cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng
cao
+ Nhược điểm chủ yếu của động cơ điện một chiều là có hệ thống cổ góp - chổi
than nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung
chấn, dễ cháy nổ
Trang 11II ĐỘNG CƠ BƯỚC
Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điiều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết
b Cấu tạo:
Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ :Động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ
c Hoạt động :
Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường , chúng quay theo từng bước nên
có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch , cũng như chiều quay
và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.
Trang 12III PHẦN MỀN MACH3
Mach3 các Mạch3 là phần mềm được đóng gói để chạy trên máy tính cá nhân nó
rất hữu ích và thuận tiện để thay bộ điều khiển máy Để chạy Mach3 bạn
cần chuẩn bị máy tính sử dụng hệ điều hành windown XP hoặc windown 2000 trở
lên Mach 3 giao tiếp qua cổng máy in ( DB25 ) tùy yêu cầu mà ta có thề chọn máy
có một hoặc hai cổng máy in
Driver điều khiển mỗi trục của máy phải chấp nhận một tín hiệu xung
(pulses) và hướng (direction) Hầu như mỗi driver động cơ bước đều được làm
giống vậy
2.Giao diện và một số chức năng của
Nhấp đôi vào biểu tưởng Mach3 mill để chạy chương trình, màn hình sẽ
hiện lên giao diện như bên dưới Màn hình điều khiển Mach3 khi khởi động máy
Trong 6 trang màn hình điều khiển này được chia thành nhiều nhóm,
mỗi nhóm hiển thị thông tin của nhóm và các nút điều khiển liên quan đến
nhóm Có nhóm xuất hiện trên nhiều trang cho phép ta dễ dàng quan sát và
điều khiển nhanh chóng
Trang 13Giao diện chính của bộ điều khiển Mach3
2.1 Trang Program Run (Alt-1)
Đây là trang màn hình chính khi khởi động Mach3
Reset (Emergency Stop): Nếu bạn nhấn Reset, máy sẽ lập tức ngừng
hoạt động và ngắt tức thì mọi hoạt động của tất cả các motor Chương trình được
reset lại từ đầu Reset chỉ nên dùng khi gặp các sự cố rất nguy hiểm cần dừng
ngay mọi hoạt động của máy như: chập mạch, va đập nguy hiểm…Sau khi dùng
Reset cần phải đưa máy về điểm tham chiếu (hay cài lại hệ toạ độ cắt)
G-Code: Hiển thị các lệnh G trong lập trình NC và ý nghĩa của chúng
M-Code: Hiển thị các lệnh M trong lập trình NC và ý nghĩa của chúng
Nhóm điều khiển các trục: Nhóm này bao gồm các nút để điều khiển các trục
và hiển thị vị trí của đầu dao
Trang 14Nhóm Vị trí tọa độ của các trục
Ý nghĩa của các nút điều khiển trong nhóm:
- Zero X, Zero Y, Zero Z, Zero 4: Cài đặt tọa độ zero (0) cho mỗi trục ứng với tọa
độ cắt hiện hành ( có 6 tọa độ cắt từ G54 G59 được cài đặt trong trang Offset)
- Ref all Home: Trở về tọa độ tham chiếu gốc cho tất cả các trục
- Offline: khi chế độ này được chọn đèn offline sẽ sáng lên và Mach3 sẽ khóa tất cả các sự di chuyển của máy
- Machine Coord’s: Khi nút này được nhấn đèn sẽ sáng lên, lúc này tọa độ của các
trục được hiển thị là tọa độ tuyệt đối (tọa độ máy)
- Soft limits: Đây là chức năng quá cử mềm của máy, tức ta thiết lập các vị trí cử
hành trình bằng phần mềm, máy sẽ liên tục gián sát mọi vị trí di chuyển của các trục nếu có một mã G code bất kì hay Jog có tọa độ nằm ngoài vùng làm việc cho phép
thì phần mềm sẽ ngắt và báo lỗi để thiết lập cho Soft limits trên menu bar chọn
Config > homing / soft limits
Nhóm điều khiển chương trình:
Trang 15Nhóm điều khiển chương trình
Cycle Start (Alt-R):Khi một chương trình cắt bất kì được load lên chương
trình sẽ hiển thị trong vùng G-Code Khi đó nhấn nút <Cycle Start> trên bảng điều
khiển hoặc nhấn tổ hợp phím <Alt-R>, máy sẽ tự động chạy phay chi tiết theo chương trình
- Feed Hold (Spc):Khi sử dụng nút này, đầu phay sẽ ngưng di chuyển, để tiếp
tục ta nhấn nút Cycle Start, đầu phay tiếp tục di chuyển và mọi hoạt động của máy sẽ tiếp tục Nút Feed Hold dùng khi gặp các sự cố cần phải dừng di chuyển đầu cắt
- Stop (Alt-S):Dừng chương trình cắt
- Edit G-Code: Hiệu chỉnh G-Code hiện hành Khi một
chương trình đơn giản ta có thể lập trình bằng tay bằng cách
nhấn nút này sau khi đã đóng G-Code hiện hành Hoặc ta có thể
sửa chương trình hiện hành
- Recent File: Load những chương trình mới cắt gần đây
- Close G-Code:Đóng G-Code hiện hành trong vùng G-Code
-Load G-Code:Load chương trình cần phay lên vùng GCode
- Set Next Line: Cài đặt dòng sẽ phay tiếp theo khi ta nhấn
nút Cycle Start (để cài đặt dòng sẽ cắt tiếp theo sau khi ta
nhấn núy Cycle Start ta nhấn nút Set Next Line và nhập số dòng vào)
- Run From Here: Sau khi đã nhập dòng để bắt đầu phay tiếp ta nhấn
Trang 16muốn di chuyển đến tọa độ của câu lệnh trước đó không
- Rewind (Ctrl-W): Trở về đầu chương trình
- Single BLK (Alt-N): Nhấn nút Single Block (hoặc nhấn tổ hợp phím <Alt + N> để bắt đầu chế độ này (đèn single block bật sáng) và nhấn lại nút single block (nhả ra)
để bỏ chế độ này Ở chế độ này khi chương trình được thực thi, dao sẽ dừng sau mỗi block chương trình (Câu lệnh) Chức năng này giúp ta kiểm tra từng khối lệnh
- Auto Tool Zero: Trở về điểm thay điện cực đã cài
đặt
- Remember: Nhớ vị trí hiện tại làm vị trí thay điện
cực khi nhấn nút Return
- Return: Trở về điểm thay điện cực Khi nhấn nút
này xuất hiện một hộp thoại và hệ thống sẽ hỏi ta có
bật Spindle(đầu cắt) không
- Jog ON/OFF Ctrl-Alt-J: Tắt mở chức năng chạy
bằng tay, khi chế độ này được chọn đèn Jog
Spindle Speed:tốc độ trục chính
- Nút Spindle:Bật tắt đầu cắt
- Speed Override: cho phép thay đổi tốc độ trục
- Feed Rate: Hiển thị tốc độ cắt Feedrate Override:
Tốc độ cắt (feedrate) trong chương trình sẽ được hiệu
Trang 17chỉnh tăng hoặc giảm theo phần trăm được lựa chọn
trên nút
- Jog feed rate override Thường sử dụng để chạy
kiểm tra chương trình Đôi khi trong chương trình ta
dùng tốc độ cắt chậm để đảm bảo an toàn, khi gia
công ta thấy có thể tăng tốc độ cắt mà vẫn đảm bảo
các yêu cầu thì ta dùng chức năng này để tăng tốc độ
cắt (để tăng tốc độ cắt ta nhấn vào dấu trong
vùng Feed Rate hoặc nhấn F11, tương tự để giảm ta
nhấn vào dấu trong vùng Feed Rate hoặc nhấn
Trang 182.2 Trang MDI Alt2 (Manual Data Input)
Là chế độ điều khiển máy bằng các lệnh NC trong chế độ MDI, chương
trìnhđược thực hiện cũng cùng định dạng như ở vùng G-Code nhưng được nhập
vào từng câu lệnh trong vùng Input (chọn nút MDI trên bảng điều khiển máy)
Ngoài ra Mach 3 còn có chế độ dạy(Teach):
- Mach3 có thể nhớ được tất cả các dòng ta đã nhập vào trong vùng Input
và lưu lại thành File MDITech.tap trong “C:\Mach3\GCode\” Ta có thể load File
MDITech.tap bằng cách nhấn nút Load/Edit file MDI được load lên vùng G-Code
(Lưu ý trước khi load file MDITech.tap ta nên đóng G-Code hiện hành lại)
- Để lưu lại các dòng đã nhập thì trước khi nhập ta nhấn nút Start Tech
sau khi nhập ta nhấn nút Stop Tech để lưu những dòng đã nhập vào file
MDITech.tap Trong quá trình nhập nếu muốn bỏ dòng đang nhập ta nhấn phím
Esc hoặc nhấp chuột vào nút Stop (Esc)
- Để nhớ vị trí hiện tai ta nhấn nút Set Variable Position và để trở về vị trí
đã nhớ trước đó ta nhấn nút Goto Variable Position
Trang 192.3 Trang ToolPath (Alt4)
Giao diện trang Tool Path
2.4 Trang Offsets Alt5
Trang 20Giao diện trang offsets
Cài đặt tọa độ cắt:
Hệ tọa độ cắt (work coordinate system) là hệ tọa độ gắn liền với
chi tiết cần phay, hệ tọa độ này thường được sử dụng khi lập trình phay
nên gọi là hệ tọa độ phay Khi lập trình, phải nhớ xác định lựa chọn
G54-G59.Mach3 mặc định là G54
2.5 Trang Setting (Alt6)
Trang cho phép ta Cài đặt tham số cho máy, phần cài đặt này do
nhà sản xuất cài đặt
Lưu Ý: Người vận hành không được thay đổi các thông số trong trang
Trang 212.6 Trang Diagnostics (Alt7)
Trang này cho phép ta Chuẩn đoán các lổi của máy
Trang 22Giao diện trang Diagnostics
3 Cách sử dụng các Mode trong Mach3
3.1 Mode Jog
Để vào chế độ Jog (điều khiển bằng tay) ta nhấn nút Jog ON/OFF (hoặc
bấm tổ hợp phím <Ctrl-Alt-J>) khi này đèn Jog ON/OFF sáng lên và ta có thể
dùng phím để di chuyển đầu cắt Để chọn mode ta click Shuttle mode, ứng với mỗi mode đèn vàng sẽ sáng bên cạnh Có tất cả 3 mode
- Trong mode continuous: có chức năng khi bạn nhấn phím tắt jog của trục
nào thì thi trục đó sẽ jog một khoảng cách từ lúc bạn nhấn và giữ phím cho đến
lúc nhã ra Tốc độ jog được thiết lặp theo tỉ lệ phần trăm trong ô DRO bên dưới
Slow Jog Rate, bạn có thể nhập giá trị từ 0,1% - 100% sau đó nhấn enter để thực
thi giá trị vừa được nhập.Ngoài ra bạn có thể thay đổi bằng cách nhấn nút tam giac
Trang 23giá trị 100% tức tốc độ cực đại cho phép giúp di chuyển đến vị trí mong muốn
nhanh hơn
- Trong mode Step: Mỗi lần nhấn phím jog ứng với mỗi trục sẽ di chuyển
theo tỉ lệ ở DRO bên cạnh Cycle jog Step, bạn có thể thiệt lập giá trị này vào Dro
theo ý muốn, di chuyển sẽ thực thi theo feed rate hiện tại, ngoài ra bạn có thể
chuyển động mà không theo tỉ lệ của mode step mà bạn có thể di chuyển theo tỉ lệ mặc định của nút cycle jog step
Hộp thoại sử dụng mode Jog và MPG (Handle)
Ta có thể dùng các phím mũi tên lên xuống, qua lại để điều khiển, mặc định
phím mũi tên nằm ngang được thiết lặp cho việc di chuyển trục X, các phím mũi tên lên xuống được thiết lặp cho di chuyển trục Y, phím Page up và Page down được thiết lập cho trục Z lên xuống
3.2 Mode Handle(MPG)
Muốn sử dụng được mode này bạn phải conect handle với cổng máy in thông
qua ngõ vào của cổng này, sau đó vào config/ port and Pin hộp thoại xuất hiện chọn
