Đồ án Thiết kế và thi công máy tự động quấn dây cho stator động cơ BLDC
Các thành tựu đạt được ở nữa đầu thế kỷ XX trong lĩnh vực tự động hóa đã cho phép chế tạo ra nhiều loại máy tự động, liên kết giữa phần cứng và mềm góp phần thúc đẩy, phát triển và ứng dụng linh hoạt tự động hóa vào quy trình sản xuất công nghiệp. Từ thực tế quá trình thực tập và làm việc tại Công ty Trách nhiệm Hữu hạn Avant Garde Việt Nam, nhóm thực hiện đề tài đã được tiếp xúc, làm việc và nhận ra tầm quan trọng của tự động hóa trong sản xuất công nghiệp. Nhóm thực hiện đề tài đã nhận thấy một số công đoạn nhất định vẫn phụ thuộc vào lao động thủ công, cụ thể trong sản xuất stator động cơ điện một chiều không chổi than (BLDC). Với cấu tạo gồm lõi sắt và các cuộn dây đồng quấn quanh các cặp cực, việc quấn dây đồng cho động cơ BLDC phức tạp hơn so với cách quấn dây động cơ xoay chiều thông thường. Chính vì lý do đó, nên quá trình sản xuất động cơ BLDC tại Công ty Trách Nhiệm Hữu Hạn Avant Garde Việt Nam còn nhiều công đoạn phải làm bằng phương pháp thủ công, dẫn đến năng suất còn thấp, chất lượng sản phẩm chưa cao. Nhằm khắc phục những hạn chế của việc quấn stator bằng tay như lỗi sản phẩm và tốn nhiều nhân công, nhóm thực hiện đã quyết định chọn đề tài: “Thiết kế và thi công máy tự động quấn dây cho stator động cơ BLDC”. Đề tài này cũng là cơ hội để nhóm thực hiện có thể áp dụng những kiến thức đã được học ở trường vào nhìn nhận và giải quyết các vấn đề còn tồn tại trong quá trình sản xuất thực tế.
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế và thi công máy tự động quấn dây cho stator động cơ BLDC, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH i
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y
SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----
Tp. HCM, ngày tháng , năm 2019.
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Ngô Thị Hồng Vương MSSV: 14141377
Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông. Mã ngành: 41
Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1
Khóa: 2014 Lớp: 1414DT1B.
I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY TỰ ĐỘNG QUẤN DÂY CHO
STATOR ĐỘNG CƠ BLDC.
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
Tìm hiểu các tài liệu về động cơ BLDC ................................................................................
................................................................................................................................................
2. Nội dung thực hiện:
Nội dung 1: nghiên cứu, tìm hiểu về cơ cấu của stator động cơ điện một chiều không
chổi than (BLDC)
Nội dung 2: Nghiên cứu, tìm hiểu về vi điều khiển STM32F4103, cách kết nối, giao
tiếp với máy tính, đọc tín hiệu, xuất xung.
Nội dung 3: Tìm hiểu về các linh kiện, thiết bị sử dụng trong mô hình điều khiển:
driver AC servo, Step motor, cảm biến sợi quang, motor quay.
Nội dung 4: Nghiên cứu giải thuật, viết chương trình điều khiển.
Nội dung 5: Dựa trên những nghiên cứu tìm hiểu về các linh kiện, thiết bị điện cũng
như cơ cấu của động cơ điện, tiến hành tính toán thiết kế và thi công mô hình (tủ điện, cơ
khí)
Nội dung 6: Viết báo cáo thực hiện đồ án.
Nội dung 7: Bảo vệ đề tài tốt nghiệp.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Nguyễn Thanh Bình.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii
LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép
từ tài liệu hay công trình đã có trước đó.
Những người thực hiện đề tài.
Ngô Thị Hồng Vương
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii
LỜI CẢM ƠN
Nhóm thực hiện xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Thanh Bình_Giảng viên
bộ môn Vi Xử Lý đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để chúng em
hoàn thành tốt đề tài.
Nhóm thực hiện gửi lời chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã
tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài.
Nhóm thực hiện gửi lời cảm ơn chân thành đến Công ty Trách nhiệm Hữu hạn Avant
Garde Việt Nam và Công ty Trách nhiệm Hữu hạn Trí Việt đã hỗ trợ, tạo điều kiện cho
nhóm em thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Những người thực hiện đề tài
Ngô Thị Hồng Vương
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iv
DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1: Stator động cơ BLDC .......................................................................................... 4
Hình 2.2: Rotor có nam châm gắn trên bề mặt ................................................................... 5
Hình 2.3: Rotor có nam châm ẩn bên trong lõi ................................................................... 5
Hình 2.4: Các loại rotor của động cơ BLDC....................................................................... 6
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý và hình ảnh chip STM32F103C8T6 ........................................ 7
Hình 2.6: Nguồn tổ ong 24V ............................................................................................. 12
Hình 2.7: Động cơ bước .................................................................................................... 13
Hình 2.8: Driver điều khiển động cơ bước ....................................................................... 14
Hình 2.9: Cấu tạo động cơ AC Servo ................................................................................ 16
Hình 2.10: Sơ đồ mô tả kết nối thiết bị điều khiển Driver và động cơ AC Servo ............ 17
Hình 2.11: Hình minh họa các thành phần của bộ Driver ................................................. 17
Hình 2.12: Bộ lọc nhiểm điện áp xoay chiều .................................................................... 19
Hình 2.13: Hình ảnh Xi lanh ............................................................................................. 20
Hình 2.14: Cảm biến hành trình D-Z73 ............................................................................ 20
Hình 2.15: Sơ đồ mạch điều khiển .................................................................................... 20
Hình 2.16: Cảm biến quang EE-SX671 ............................................................................ 21
Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý cảm biến quang EE-SX671 .................................................. 22
Hình 2.18: Hình ảnh MCB ................................................................................................ 22
Hình 2.19: Hình ảnh Contactor ......................................................................................... 23
Hình 3.1: Hình ảnh mô phỏng máy quấn dây ................................................................... 24
Hình 3.2: Sơ đồ khối của máy tự động quấn dây. ............................................................. 25
Hình 3.3: Hình ảnh mô tả kết nối các thiết bị. .................................................................. 26
Hình 3.4: Sơ đồ kết nối cảm biến D-Z73 .......................................................................... 26
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối cảm biến quang ........................................................................... 27
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH v
Hình 3.6: Sơ đồ khối mạch ngõ ra .................................................................................... 28
Hình 3.7: Đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa Ic và Vce trên opto TLP-280. ....................... 28
Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý 1 kênh mạch ngõ ra ................................................................ 29
Hình 3.9: Sơ đồ khối mạch ngõ vào. ................................................................................. 30
Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý mạch ngõ vào ....................................................................... 30
Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý mạch vi xử lý ....................................................................... 31
Hình 3.12: Sơ đồ khối mạch nguồn ................................................................................... 32
Hình 3.13: Sơ đồ nối dây các thiết bị trong tủ điện. .......................................................... 33
Hình 4.1: Tạo một dự án mới ............................................................................................ 35
Hình 4.2: Đặt tên dự án và chọn nơi lưu dự án ................................................................. 36
Hình 4.3: Thanh công cụ Libraries và nút Libraries ......................................................... 37
Hình 4.4: Cửa sổ “Available Libraries” ............................................................................ 38
Hình 4.5: Board PCB ban đầu ........................................................................................... 39
Hình 4.6: Chuyển sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ PCB ......................................................... 39
Hình 4.7: Cửa số “Engineering Change Order”. ............................................................... 40
Hình 4.8: Các linh kiện chưa được sắp xếp. ..................................................................... 40
Hình 4.9: Lớp trên board mạch ......................................................................................... 41
Hình 4.10: Lớp dưới của board mạch ............................................................................... 42
Hình 4.11: Hình mô phỏng mặt trên board mạch khi chưa có linh kiện ........................... 42
Hình 4.12: Hình mô phỏng mặt dưới board mạch khi chưa có linh kiện. ........................ 43
Hình 4.13: Hình mô phỏng 3D mặt trên của board ........................................................... 43
Hình 4.14: Hình mô phỏng 3D mặt dưới của board.......................................................... 44
Hình 4.15: Kiểm tra nguồn cấp vào cho mạch điều khiển ................................................ 48
Hình 4.16: Kiểm tra nguồn 3.3v cấp cho vi xử lý ............................................................. 48
Hình 4.17: Sơ đồ bố trí các thiết bị trong tủ điện .............................................................. 50
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH vi
Hình 4.18: Tủ điện sau khi đã hoàn thiện ......................................................................... 51
Hình 4.19: Kiểm tra điện áp ngõ ra của MCB bằng VOM ............................................... 52
Hình 4.20: Vị trí các thiết bị trong cơ cấu quấn ................................................................ 53
Hình 4.21: Vị trí cảm biến quang ...................................................................................... 53
Hình 4.22: Vị trí cảm biến hành trình trên xilanh. ........................................................... 53
Hình 4.23: Phía trong hộp nhựa ........................................................................................ 54
Hình 4.24: Nắp hộp nhựa .................................................................................................. 54
Hình 4.25: Lưu đồ giải thuật của chương trình chính ....................................................... 55
Hình 4.26: Lưu đồ trở về vị trí ban đầu. ........................................................................... 56
Hình 4.27: Lưu đồ chương trình bắt đầu quấn. ................................................................. 57
Hình 4.28: Lưu đồ Chương trình con quấn 6 cuộn. .......................................................... 58
Hình 4.29: Lưu đồ quấn 1 cuộn......................................................................................... 59
Hình 4.30: Lưu đồ chương trình CachQuan...................................................................... 60
Hình 4.31: Lưu đồ cách quấn 1 lớp. .................................................................................. 62
Hình 4.32: Lưu đồ chương trình MayQuanDay1_Handle(). ............................................ 63
Hình 4.33: Lưu đồ chương trình con chỉnh góc quấn. ...................................................... 64
Hình 4.34: Lưu đồ chương trình lưu góc. .......................................................................... 65
Hình 4.35: Màn hình Download Arduino IDE.................................................................. 66
Hình 4.36: Mở chương trình cài đặt. ................................................................................. 66
Hình 4.37: Màn hình cài đặt “License Agreemen” ........................................................... 67
Hình 4.38: Màn hình cài đặt “Installation Options”. ........................................................ 67
Hình 4.39: Màn hình chờ cài đặt. ...................................................................................... 68
Hình 4.40: Màn hình cài đặt driver. .................................................................................. 68
Hình 4.41: Màn hình cài đặt hoàn thành. .......................................................................... 69
Hình 4.42: Tạo một project mới. ....................................................................................... 69
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH vii
Hình 4.43: Màn hình viết code. ......................................................................................... 70
Hình 4.44: Biên dịch code ................................................................................................. 71
Hình 4.45: Kết nối với cổng COM3 .................................................................................. 71
Hình 4.46: Màn hình biên dịch thành công. ...................................................................... 72
Hình 4.47: Giao diện phần mềm Microsoft Vitual Studio. ............................................... 72
Hình 4.48: Cách tạo một dự án mới. ................................................................................. 73
Hình 4.49: Chọn môi trường soạn thảo phần mềm. .......................................................... 73
Hình 4.50: Giao diện soạn thảo phần mềm. ...................................................................... 74
Hình 4.51: Thanh công cụ Toolbox. ................................................................................. 74
Hình 4.52: Thanh công cụ Properties. ............................................................................... 75
Hình 4.53: Giao diện sau khi thiết kế. ............................................................................... 76
Hình 4.54: Lập trình hoạt động tại cửa sổ “Form1.cs”. ................................................... 76
Hình 4.55: Vị trí đặt lõi sắt trong mâm xoay. ................................................................... 77
Hình 4.56: Vị trí các thiết bị trong cơ cấu quấn ................................................................ 77
Hình 4.57: Vị trí MCB trong tủ điện ................................................................................. 78
Hình 4.58: Các nút nhấn dùng để điều khiển máy ............................................................ 78
Hình 4.59: Cuộn dây đã quấn hoàn thiện .......................................................................... 79
Hình 5.1: Khung máy sau khi hoàn thành ......................................................................... 81
Hình 5.2: Bàn làm việc của máy ....................................................................................... 82
Hình 5.3: Lõi sắt sau khi được quấn hoàn thiện. .............................................................. 83
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH viii
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1: So sánh động cơ BLDC với động cơ điện một chiều thông thường. .................. 3
Bảng 2.2: Cài đặt cường độ dòng điện. ............................................................................. 15
Bảng 2.3: Cài đặt vi bước cho driver................................................................................. 15
Bảng 3.1: Các ngõ vào được sử dụng. ............................................................................... 34
Bảng 3.2: Các ngõ ra được sử dụng. ................................................................................. 34
Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện. ................................................................................... 44
Bảng 4.2: Danh sách các thiết bị. ...................................................................................... 49
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BLDC: Brushless Direct Current.
UART: Universal Asynchronous Receiver – Transmitter.
USART: Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter.
MCB: Miniature Circuit Breaker.
LSB: Least Significant Bit.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH x
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................ i
Chương 1. TỔNG QUAN ................................................................................................ 1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ......................................................................................................... 1
1.2. MỤC TIÊU ............................................................................................................. 1
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................................. 1
1.4. GIỚI HẠN .............................................................................................................. 2
1.5. BỐ CỤC .................................................................................................................. 2
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 3
2.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BLDC (BRUSHLESS DIRECT CURRENT) . 3
2.2. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ................................................................................. 6
2.2.1. Vi điều khiển STM32F103C8T6 ........................................................................... 6
2.2.2. Cấu hình chi tiết của STM32F103C8T6: ............................................................. 7
2.2.3. Giao Tiếp UART: ................................................................................................... 8
a. Các khái niệm liên quan đến giao tiếp qua module UART gồm: ...................... 9
b. Giới thiệu chuẩn giao tiếp RS-485. ....................................................................... 9
c. Một số vấn đề liên quan đến chuẩn RS-485. ...................................................... 10
2.2.4. Nguồn tổ ong 24V-5A: ......................................................................................... 12
2.2.5. Động cơ bước ........................................................................................................ 13
2.2.6. Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước TB6600 ......................................................... 14
2.2.7. Động cơ AC Servo (Megatorque Motor): .......................................................... 15
a. Tính năng: ............................................................................................................. 15
b. Thông số kỹ thuật: ............................................................................................... 16
c. Thông số kỹ thuật ................................................................................................. 18
2.2.8. Bộ lọc nhiễu: ......................................................................................................... 18
2.2.9. Xi lanh ................................................................................................................... 19
2.2.10. Cảm biến hành trình xi lanh D-Z73 ............................................................ 20
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .................................................................... 24
3.1. GIỚI THIỆU ........................................................................................................ 24
3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ....................................................... 25
3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ............................................................................... 25
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH xi
3.2.2. Tính toán và thiết kế mạch .................................................................................. 26
a. Thiết kế khối cảm biến ........................................................................................ 26
b. Thiết kế khối ngõ ra: ............................................................................................ 27
c. Thiết kế khối ngõ vào: ......................................................................................... 29
d. Thiết kết khối vi xử lý: ......................................................................................... 31
e. Khối nguồn: .......................................................................................................... 32
3.2.3. Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch: ......................................................................... 32
a. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch bộ điều khiển: ........................................................ 32
b. Sơ đồ bố trí: .......................................................................................................... 33
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................................ 35
4.1. GIỚI THIỆU .........................................
