Đồ án Thiết kế và thi công máy tự động quấn dây cho stator động cơ BLDC
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y
SINH
----o0o----
Tp. HCM, ngày tháng , năm 2019.
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Ngô Thꢀ Hꢁng Vương
MSSV: 14141377
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:
Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông. Mã ngành: 41
Đại học chính quy
Mã hệ:
Lớp:
1
2014
1414DT1B.
I. TÊN ĐỀ TÀI: THIꢀT Kꢀ Vꢁ 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 bꢀ 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 bꢀ 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 đꢁ 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
i
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 Thꢀ Hꢁng Vương
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
ii
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 Thꢀ Hꢁng Vương
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
iii
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 đꢁ nguyên lý và hình ảnh chip STM32F103C8T6 ........................................7
Hình 2.6: Nguꢁn 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 đꢁ mô tả kết nối thiết bꢀ 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 đꢁ mạch điều khiển....................................................................................20
Hình 2.16: Cảm biến quang EE-SX671 ............................................................................21
Hình 2.17: Sơ đꢁ 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 đꢁ khối của máy tự động quấn dây..............................................................25
Hình 3.3: Hình ảnh mô tả kết nối các thiết bꢀ. ..................................................................26
Hình 3.4: Sơ đꢁ kết nối cảm biến D-Z73 ..........................................................................26
Hình 3.5: Sơ đꢁ kết nối cảm biến quang ...........................................................................27
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
iv
Hình 3.6: Sơ đꢁ khối mạch ngõ ra ....................................................................................28
Hình 3.7: Đꢁ thꢀ thể hiện mối liên hệ giữa Ic và Vce trên opto TLP-280. .......................28
Hình 3.8: Sơ đꢁ nguyên lý 1 kênh mạch ngõ ra................................................................29
Hình 3.9: Sơ đꢁ khối mạch ngõ vào..................................................................................30
Hình 3.10: Sơ đꢁ nguyên lý mạch ngõ vào.......................................................................30
Hình 3.11: Sơ đꢁ nguyên lý mạch vi xử lý .......................................................................31
Hình 3.12: Sơ đꢁ khối mạch nguꢁn...................................................................................32
Hình 3.13: Sơ đꢁ nối dây các thiết bꢀ 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 đꢁ nguyên lý sang sơ đꢁ 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 nguꢁn cấp vào cho mạch điều khiển................................................48
Hình 4.16: Kiểm tra nguꢁn 3.3v cấp cho vi xử lý.............................................................48
Hình 4.17: Sơ đꢁ bố trí các thiết bꢀ trong tủ điện..............................................................50
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
v
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: Vꢀ trí các thiết bꢀ trong cơ cấu quấn................................................................53
Hình 4.21: Vꢀ trí cảm biến quang......................................................................................53
Hình 4.22: Vꢀ 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 đꢁ giải thuật của chương trình chính.......................................................55
Hình 4.26: Lưu đꢁ trở về vꢀ trí ban đầu. ...........................................................................56
Hình 4.27: Lưu đꢁ chương trình bắt đầu quấn..................................................................57
Hình 4.28: Lưu đꢁ Chương trình con quấn 6 cuộn. ..........................................................58
Hình 4.29: Lưu đꢁ quấn 1 cuộn.........................................................................................59
Hình 4.30: Lưu đꢁ chương trình CachQuan......................................................................60
Hình 4.31: Lưu đꢁ cách quấn 1 lớp...................................................................................62
Hình 4.32: Lưu đꢁ chương trình MayQuanDay1_Handle(). ............................................63
Hình 4.33: Lưu đꢁ chương trình con chỉnh góc quấn. ......................................................64
Hình 4.34: Lưu đꢁ 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
vi
Hình 4.43: Màn hình viết code..........................................................................................70
Hình 4.44: Biên dꢀch code.................................................................................................71
Hình 4.45: Kết nối với cổng COM3..................................................................................71
Hình 4.46: Màn hình biên dꢀch 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: Vꢀ trí đặt lõi sắt trong mâm xoay. ...................................................................77
Hình 4.56: Vꢀ trí các thiết bꢀ trong cơ cấu quấn................................................................77
Hình 4.57: Vꢀ 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
vii
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 bꢀ. ......................................................................................49
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
viii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BLDC:
UART:
USART:
MCB:
Brushless Direct Current.
Universal Asynchronous Receiver – Transmitter.
Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter.
Miniature Circuit Breaker.
LSB:
Least Significant Bit.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
ix
MỤC LỤC
Tính năng:............................................................................................................. 15
Thông số kỹ thuật: ............................................................................................... 16
Thông số kỹ thuật................................................................................................. 18
Chương 3. TÍNH TOÁN Vꢁ THIꢀT Kꢀ.................................................................... 24
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
x
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG............................................................................ 35
................................................................................................. 52
Phꢂ Lꢂc ........................................................................................................................... 86
Tài liệu tham khảo ....................................................................................................... 102
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
xi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
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 đꢀnh 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 gꢁm lõi sắt và các cuộn dây đꢁng
quấn quanh các cặp cực, việc quấn dây đꢁng 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 đꢀnh 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 tꢁn tại trong quá trình sản xuất thực tế.
1.2. MỤC TIÊU
Thiết kế và thi công máy tự động quấn dây cho stator động cơ BLDC.
Máy vận hành hoạt động ổn đꢀnh quấn được sản phẩm hoàn thiện.
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
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.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
NỘI DUNG 3: Tìm hiểu về các linh kiện, thiết bꢀ sử dụng trong mô hình điều khiển:
driver AC servo, động cơ bước….
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 bꢀ 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 đꢁ án.
NỘI DUNG 7: Bảo vệ đề tài tốt nghiệp.
1.4. GIỚI HẠN
Mô hình máy quấn dây tự động cho stator động cơ BLDC giới hạn quấn dây cho những
động cơ BLDC có công suất từ 40W đến 60W và dự kiến năng suất quấn là 3 stator/1h.
1.5. BỐ CỤC
Chương 1: Tổng Quan
Chương này trình bày về lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn
thông số và bố cục đꢁ án.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Chương này trình bày các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng để
thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài.
Chương 3: Thiết Kế và Tính Tóan
Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài và các tính toán, thiết kế.
Chương gꢁm những phần như: thiết kế sơ đꢁ khối hệ thống, sơ đꢁ nguyên lý toàn mạch,
tính toán thiết kế mạch.
Chương 4: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Tính toán, thiết kế lắp ráp phần cơ khí, điện, viết chương trình điều khiển cho mô hình
máy quấn dây tự động.
Chương 5: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Chương này trình bày về những kết quả mà đꢁ án đạt được, những hạn chế, từ đó rút ra
kết luận và hướng phát triển để giải quyết các vấn đề tꢁn đọng để đꢁ án hoàn thiện hơn.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
2
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYꢀT
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYꢀT
2.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BLDC (BRUSHLESS DIRECT CURRENT)
Động cơ một chiều không cổ góp (BLDC) từ lâu đã được ứng dụng rộng rãi trong các
hệ truyền động công suất nhỏ (vài W đến vài chục W) như trong các ổ đĩa quang, quạt làm
mát trong máy tính cá nhân, thiết bꢀ văn phòng (máy in, scan…). Trong các ứng dụng đó,
mạch điều khiển được thiết kế rất đơn giản và có độ tin cậy cao.
Mặc dù được gọi là động cơ một chiều nhưng thực chất động cơ BLDC thuộc loại động
cơ xoay chiều đꢁng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu. Nhưng có một lý do của tên gọi “động
cơ một chiều không cổ góp” là nó được tạo ra nhằm loại bỏ những nhược điểm của động
cơ một chiều trong khi vẫn giữ được đặc tính mômen/tốc độ tuyến tính và những ưu điểm
trong điều khiển của động cơ một chiều. Cụ thể là động cơ một chiều thông thường có hiệu
suất cao và đặc tính của chúng thích hợp với các truyền động servo. Tuy nhiên có hạn chế
là trong cấu tại của chúng cần có cổ góp và chổi than, những thành phần này dễ bꢀ mòn và
yêu cầu bảo trì, bão dưỡng thường xuyên [1].
So sánh BLDC với động cơ một chiều thông thường:
Mặc dù đặc tính tĩnh của động cơ BLDC và động cơ điện một chiều thông thường giống
nhau, nhưng trên thực tế chúng có những khác biệt đáng kể, ở động cơ điện một chiều sự
biến đổi chiều dòng điện nhờ vào hoạt động của cố góp và chổi than, nhưng với dộng cơ
một chiều không chổi than, đổi chiều được thực hiện bằng cách sử dụng bán dẫn.
Bảng dưới đây so sánh một số đặc tính cơ bản của hai loại động cơ.
Bảng 2.1: So sánh động cơ BLDC với động cơ điện một chiều thông thường.
Nội dung
Động cơ điện một chiều thông Động cơ điện một chiều
thường
không chổi than
Cấu trúc cơ khí
Bảo dưỡng
Mạch kích từ nằm trên stator
Mạch kích từ nằm trên
roto
cần bão dưỡng thường xuyên do có dễ bão dưỡng hoặc ít yêu
cổ góp cầu bão dưỡng.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYꢀT
Phương pháp xác Tự động xác đꢀnh bằng chổi than
đꢀnh vꢀ trí rotor
Sử dụng cảm biến vꢀ trí:
phần tử Hall.
Phương pháp đổi Đảo chiều điện áp nguꢁn (thường cấp Sắp xếp lại thứ tự của các
chiều
cho mạch kích từ)
tín hiệu logic
Cấu tạo động cơ BLDC
Stator: bao gꢁm lõi sắt (các lá thép kỹ thuật điện ghép với nhau) và các cuộn dây quấn.
Các lá thép và các cuộn dây được đặt trong các khe cắt phía trong của stator.
Các bối dây được đặt trong khe và được nối liền nhau để tạo nên 1 cuộn dây, mỗi cuộn
dây được phân bố trên chu vi của stator theo trình tự thích hợp để tạo nên một số chẵn các
cực. Cách bố trí và số rảnh trên stator của động cơ khác nhau thì cho ra số cực của động cơ
khác nhau.
Hình 2.1: Stator động cơ BLDC.
Rotor của động cơ BLDC gꢁm có phần lõi bằng thép và các nam châm vĩnh cửu được
gắn trên đó theo các cách khác nhau. Về cơ bản có hai phương pháp gắn các nam châm
vĩnh cửu trên lõi rotor:
Rotor có nam châm gắn trên bề mặt lõi:
Các nam châm vĩnh cửu được gắn trên bề mặt lõi rotor. Kết cấu này đơn giản trong chế
tạo nhưng không chắc chắn nên thường được sử dụng trong phạm vi tốc độ trung bình và
thấp.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
4
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYꢀT
Hình 2.2: Rotor có nam châm gắn trên bề mặt.
Rotor có nam châm ẩn bên trong lõi:
Trong lõi rotor có các khe dọc trục và các thanh nam châm vĩnh cửu được chèn vào các
khe này. Kết cấu này khó khăn trong chế tạo và lắp ráp, đặc biệt là khi công suất lớn, nhưng
chắc chắn và được sử dụng trong các ứng dụng tốc độ cao.
Hình 2.3: Rotor có nam châm ẩn bên trong lõi.
Trong động cơ BLDC, các nam châm vĩnh cửu trên rotor tạo ra từ trường hướng tâm
và phân bố đều dọc theo khe hở không khí giữa stato và rotor.
Vật liệu làm nam châm thông thường là ferit, mặc dù giá thành rẻ nhưng mật độ từ
trường thấp. Các loại nam châm được sản xuất từ các hợp kim đất hiếm có mật độ từ trường
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
5
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYꢀT
cao hơn, kích thước và trọng lượng thấp. Điều này đặc biệt có ích đối với các động cơ công
suất lớn.
Hình 2.4: Các loại rotor của động cơ BLDC.
Hall sensor: do đặc thù sức phản điện động có dạng hình thang nên cấu hình điều khiển
thông thường của BLDC cần có cảm biến xác đꢀnh vꢀ trí của từ trường rotor so với các pha
của cuộn dây stator. Để làm được điều đó người ta dùng cảm biến hiệu ứng Hall, gọi tắt là
Hall sensor.
2.2. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.2.1. Vi điều khiển STM32F103C8T6
STM32F103C8T6 thuộc họ F1 với lõi là ARM COTEX M3. STM32F103 là Vi điều
khiển 32 bit, tốc độ tối đa là 72Mhz.
Một số ứng dụng chính: dùng cho driver để điều khiển ứng dụng, điều khiển ứng dụng
thông thường, thiết bꢀ cầm tay, máy tính và thiết bꢀ ngoại vi chơi game, GPS cơ bản, các
ứng dụng trong công nghiệp, thiết bꢀ lập trình PLC, biến tần, máy in, máy quét, hệ thống
cảnh báo, thiết bꢀ liên lạc nội bộ…
Sơ đꢁ nguyên lý và hình ảnh chip STM32F103C8T6.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
6
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYꢀT
Hình 2.5: Sơ đꢁ nguyên lý và hình ảnh chip STM32F103C8T6.
Thạch anh 8Mhz chân 8-9 tạo xung đòng hꢁ cho các hoạt động của hệ thống.
Thạch anh 32.768 Khz chân 3-4 tạo xung dung cho đꢁng hꢁ thực và Watchdog.
2.2.2. Cấu hình chi tiết của STM32F103C8T6:
ARM 32-bit Cortex M3 với clock max là 72Mhz.
Bộ nhớ:
64 kbytes bộ nhớ Flash (bộ nhớ lập trình).
20 kbytes SRAM.
Clock, reset và quản lý nguꢁn.
Điện áp hoạt động 2.0V -> 3.6V.
Power on reset(POR), Power down reset(PDR) và programmable voltage detector
(PVD).
Sử dụng thạch anh ngoài từ 4Mhz -> 20Mhz.
Thạch anh nội dùng dao động RC ở mode 8Mhz hoặc 40khz.
Sử dụng thạch anh ngoài 32.768khz được sử dụng cho RTC.
Trong trường hợp điện áp thấp:
Có các mode: ngủ, ngừng hoạt động hoặc hoạt động ở chế độ chờ.
Cấp nguꢁn ở chân Vbat bằng pin để hoạt động bộ RTC và sử dụng lưu trữ data khi
mất nguꢁn cấp chính.
2 bộ ADC 12 bit với 9 kênh cho mỗi bộ.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
7
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYꢀT
Khoảng giá trꢀ chuyển đổi từ 0 – 3.6V.
Lấy mẫu nhiều kênh hoặc 1 kênh.
Có cảm biến nhiệt độ nội.
DMA: bộ chuyển đổi này giúp tăng tốc độ xử lý do không có sự can thiệp quá sâu
của CPU.
7 kênh DMA.
Hỗ trợ DMA cho ADC, I2C, SPI, UART.
7 timer.
3 timer 16 bit hỗ trợ các mode IC/OC/PWM.
1 timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động cơ với các mode bảo vệ như ngắt input,
dead-time..
2 watdog timer dùng để bảo vệ và kiểm tra lỗi.
1 sysTick timer 24 bit đếm xuống dùng cho các ứng dụng như hàm Delay….
Hỗ trợ 9 kênh giao tiếp bao gꢁm:
2 bộ I2C (SMBus/PMBus).
3 bộ USART (ISO 7816 interface, LIN, IrDA capability, modem control).
2 SPIs (18 Mbit/s).
1 be CAN interface (2.0B Active)
USB 2.0 full-speed interface
Kiểm tra lỗi CRC và 96-bit ID.
2.2.3. Giao Tiếp UART:
UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter có nghĩa là truyền
dữ liệu nối tiếp bất đꢁng bộ. UART là một mạch tích hợp được dùng trong truyền thông
nối tiếp (Serial communication) qua port nối tiếp của máy tính hay thiết bꢀ ngoại vi. UART
lấy từng byte dữ liệu, chuyển dữ liệu từ song song sang nối tiếp và truyền tuần tự từng bit
riêng biệt lên kênh truyền nối tiếp. Tại phía nhận, một khối UART khác sẽ tập hợp những
bit nối tiếp nhận được lại thành các byte dữ liệu. Để làm được những việc như vậy, bên
trong UART có một thanh ghi dꢀch (shift register) đóng vai trò hỗ trợ chuyển đổi dữ liệu
từ dạng nối tiếp sang song song và ngược lại. UART hỗ trợ truyền thông bất đꢁng bộ
(asynchronous), nghĩa là dữ liệu truyền không phụ thuộc vào tín hiệu xung clock, do đó dữ
liệu được truyền từ bên gửi sang bên nhận mà không cần phải có dây tín hiệu xung clock
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
8
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYꢀT
nối giữa bộ truyền và nhận. Những chip hiện đại tích hợp bộ UART hỗ trợ cả truyền thông
đꢁng bộ và bất đꢁng bộ, chúng được gọi là USART (Universal Synchronous/Asynchronous
Receiver/Transmitter).
a. Các khái niệm liên quan đến giao tiếp qua module UART gồm:
Tốc độ baud (baud rate): số bit truyền trong 1 giây.
Frame: là một khung dữ liệu gꢁm bit bắt đầu (start bit), bit kết thúc (stop bit), các
bit dữ liệu (data bits), bit kiểm lỗi (parity bit).
Start bit: là bit đầu tiên trong frame được truyền đi, báo hiệu với bên nhận rằng một
frame dữ liệu đang tới.
Data bits: là dữ liệu cần truyền đi, số bit dữ liệu không bắt buộc phải là 8 bit, LSB
(Least Significant Bit) sẽ được truyền trước.
Parity bit: bit kiểm tra lỗi của dữ liệu truyền.
Stop bit: bit chỉ báo gói dữ liệu đã được truyền xong.
b. Giới thiệu chuẩn giao tiếp RS-485.
Khi một mạng cần phải chuyển các khối nhỏ thông tin trên một khoảng cách dài, RS-
485 thường là chuẩn giao tiếp được lựa chọn. Các nút mạng có thể là máy tính cá nhân, vi
điều khiển, hoặc bất kỳ thiết bꢀ có khả năng truyền thông nối tiếp không đꢁng bộ, so với
Ethernet và giao diện mạng khác, phần cứng và giao thức yêu cầu của RS-485 đơn giản
hơn và rẻ hơn.
Năm 1983, Hiệp hội công nghiệp điện tử (EIA) đã phê duyệt một tiêu chuẩn truyền cân
bằng mới gọi là RS-485, Đã được chấp nhận rộng rãi và sử dụng trong công nghiệp, y
tế, và dân dụng. Có thể coi chuẩn RS-485 là một phát triển của RS-232 trong việc truyền
dữ liệu nối tiếp. Những bộ chuyển đổi RS-232/RS-485 cho phép người dùng giao tiếp với
bất kỳ thiết bꢀ mà sử dụng liên kết nối tiếp RS-232 thông qua RS-485. Liên kết RS-485
được hình thành cho việc thu nhận dữ liệu ở khoảng cách xa và điều khiển cho những ứng
dụng. Những đặc điểm nổi trội của RS-485 là nó có thể hỗ trợ một mạng lên tới 32 trạm
thu phát trên cùng một đường truyền, tốc độ baud có thể lên tới 115.200 cho một khoảng
cách là 4000feet (1200m).
Với kiểu truyền cân bằng và các dây được xoắn lại với nhau nên khi nhiễu xảy ra ở dây
này thì cũng xảy ra ở dây kia tức là hai dây cùng nhiễu giống nhau. Điều này làm cho điện
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
9
Tải về để xem bản đầy đủ
113 trang
30/03/2022
5320
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Thiết kế và thi công máy tự động quấn dây cho stator động cơ BLDC", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- do_an_thiet_ke_va_thi_cong_may_tu_dong_quan_day_cho_stator_d.pdf
