Chương 1: Giới thiệu về đề tài Chương 2 : Trình bày tổng quan nghiên cứu đề tài,bao gồm giới thiệu về máy,kết cấu của máy,các nghiên cứu liên quan Chương 3 : Trình bày về cơ sở lý thuyết để thực hiện đề tài Chương 4 : Đưa ra phương hướng và các giải pháp để thiết kế Chương 5 : Tính toán thiết kế máy, chế tạo mô hình thực nghiệm Chương 6 : Kết luận và kiến nghị. 3 do an CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu chung Máy quấn dây có nhiều chủng loại khác nhau, nếu phân loại theo chức năng ta có các loại máy điển hình sau: Máy quấn dây cáp điện, máy quấn dây hàn (như dây chuyền H8A-VD, W49-VD ở nhà máy que hàn Việt Đức), máy quấn dây máy điện quay, máy quấn dây biến áp. 1 Máy quấn dây AM3175 [6] Hình 2. 2 Máy quấn dây điện [6] 4 do an 2.1 Cấu tạo chung của máy quấn dây Một máy quấn dây có thể chia làm những phần chính sau: phần cơ khí, phần điều khiển tự động, phần động cơ.
+ Phần cơ khí gồm: Cơ cấu quấn dây, Cơ cấu rải dây,. + Phần động cơ điện: Động cơ quấn dây, Động cơ rải dây. + Phần điều khiển: Điều khiển bằng biến trở và biến tần 2.2 Phương pháp phối hợp và điều khiển các cơ cấu trong máy quấn dây Để quấn dây đều, đẹp, không bị đứt ta phải phối hợp việc điều khiển tốc độ động cơ rải dây và động cơ quấn dây. Nếu tốc độ động cơ quấn chạy với tốc độ nhanh thì động cơ rải dây cũng phải nhanh.
Việc rải dây này diễn ra liên tục trong một vòng quấn dây. Còn để dây quấn không bị đứt nhưng vẩn đảm bảo độ căng cần thiết thì ta phải có cơ cấu tạo độ căng dây. Như vậy các động cơ này phải có sự ràng buộc lẫn nhau.2 Kết cấu của máy quấn dây tự động Diamond Phần khung máy : chịu tải trọng , cứng vững và bộ phận để liên kết Cơ cấu quấn dây : dùng để sang dây từ cuộn lớn sang cuộn nhỏ Cơ cấu rải dây : dùng để điều chỉnh sợi dây quấn đều và không bị rối Ngoài ra, còn có các bộ phận khác và mạch điện cấp nguồn cho động cơ.3 Các tồn tại của máy Trên thế giới có rất nhiều loại máy quấn dây với đủ các mẫu mã , kích thước khác nhau. Hầu hết chúng đều được thiết kế tối ưu và đem lại năng suất cao.
Tuy nhiên mỗi máy lại sử dụng cho một công việc khác nhau phù hợp với mục đích của từng công ty. Tuy nhiên, việc nhập khẩu các máy nước ngoài về tiêu thụ ở thị trường nhỏ và lẻ ở Việt Nam thì còn tồn tại nhược điểm sau đây: [5] - Chi phí nhập khẩu cao [5] - Diện tích đặt máy lớn Từ những yêu cầu về kỹ thuật của máy và cách khắc phục, nhóm đề xuất phương án cải tiến như sau : - Thiết kế máy quấn dây diamond đơn giản, gọn nhẹ - Thuận tiện, an toàn khi sử dụng - Chiếm diện tích đặt máy nhỏ - Giảm giá thành cho một máy phù hợp với nhu cầu sử dụng. 5 do an CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Khái quát chung về máy quấn dây tự động Về cơ bản mọi loại máy quấn dây đều có kết cấu cơ khí gần giống nhau, chỉ khác nhau phần điều khiển. Xét về tổng quan các máy quấn dây tự động gồm có kết cấu 2 phần chính: phần điện , phần cơ khí.[3] Cấu trúc cơ khí của một máy quấn dây tự động gần giống với các loại máy CNC với truyền động của các trục.
Bộ truyền có thể là bộ truyền vít me – trượt hoặc bộ truyền đai. Đặc điểm của truyền động cơ khí trong máy quấn dây là tải trọng tác dụng lên không đáng kể do đó việc thiết kế tương đối đơn giản, kết cấu các trục tương đối gọn nhẹ, các chi tiết lắp ráp không đòi hỏi về khả năng chịu lực không cao do đó có thể sử dụng các chi tiết không cần độ chính xác cao để lắp ráp. Đó cũng là một ưu điểm của các máy quấn dây.[6] Phần điện của máy quấn dây có thể chia thành 2 khối: khối điều khiển và khối chấp hành. Khối điều khiển gồm các thành phần như: Vi điều khiển, Board kết nối, Driver.
Khối chấp hành gồm các thành phần như: động cơ bước, các cảm biến nhiệt, động cơ servo (nếu có), ….2 Động cơ bước Động cơ bước (stepper motor), thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay. 1 Động cơ bước [4] Về cấu tạo động cơ bước gồm có các bộ phận là stato, roto là nam châm vĩnh cửu hoặc trong trường hợp của động cơ biến từ trở là những khối răng làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính. Động cơ bước được điều khiển bởi bộ điều khiển bên ngoài. Động cơ bước và bộ điều khiển được thiết kế sao cho động cơ có thể giữ nguyên bất kỳ vị trí cố định nào cũng như quay đến một vị trí bất kỳ nào.[4] 6 do an Động cơ bước có thể sử dụng trong hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản, hoặc vòng kín, tuy nhiên khi sử dụng động cơ bước trong hệ điều khiển vòng hở khi quá tải, tất cá các giá trị của động cơ đều bị mất và hệ thống cần nhận diện lại.[4] Một số đặc điểm của động cơ bước: Động cơ bước hoạt động dưới tác dụng của các xung rời rạc và kế tiếp nhau.
Khi có dòng điện hay điện áp đặt vào cuộn dây phần ứng của động cơ bước làm cho roto của động cơ quay một góc nhất định gọi là bước của động cơ.[4] Góc bước là góc quay của trục động cơ tương ứng với một xung điều khiển. Góc bước được xác định dựa vào cấu trúc của động cơ bước và phương pháp điều khiển động cơ bước.[4] Tính năng mở máy của động cơ được đặc trưng bởi tần số xung cực đại có thể mở máy mà không làm cho roto mất đồng bộ.[4] Chiều quay động cơ bước không phụ thuộc vào chiều dòng điện mà phụ thuộc vào thứ tự cấp xung cho các cuộn dây.[4] Động cơ bước được chia thành 3 loại chính là: - Động cơ bước biến từ trở. - Động cơ bước nam châm vĩnh cửu. - Động cơ bước hỗn hợp/lai.1 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu Động cơ bước nam châm vĩnh cửu có roto là nam châm vĩnh cửu, stato có nhiều răng trên mỗi răng có quấn các vòng dây.
Các cuộn dây pha có cực tính khác nhau. 2 Cấu tạo động cơ bước nam châm vĩnh cửu [4] 7 do an Nguyên lý hoạt động của động cơ bước nam châm vĩnh cửu có 2 cặp cuộn pha được trình bày ở hình: Ban đầu vị trí của stato và roto đang ở phase A. Khi cấp điện cho 2 cuộn dây pha B và D trong 2 cuộn sẽ xuất hiện cực tính. Do cực tính của cuộn dây pha và roto ngược nhau dẫn đến roto chuyển động đến vị trí như hình phase B on.
Khi cuộn dây pha B và D ngắt điện cuộn dây A và B được cấp điện thì roto lại chuyển động đến vị trí như hình phase C on. 3 Nguyên lý hoạt động động cơ bước nam châm vĩnh cửu [4] Gọi số răng trên stato là Zs, góc bước của động cơ là Sđc, góc bước của động cơ này được tính theo công thức sau: 360 𝑆đ𝑐 = ( 3.2 Động cơ bước biến từ trở Động cơ bước biến từ trở có cấu tạo giống với động cơ bước nam châm vĩnh cửu. Cấu tạo của stato cũng có các cuộn pha đối xứng nhau, nhưng các cuộn pha đối xứng có cùng cực tính khác với động cơ bước nam châm vĩnh cửu. Góc bước của stato là Ss.[4] Roto của động cơ bước biến từ trở được cấu tạo từ thép non có khả năng dẫn từ cao, do đó khi động cơ mất điện roto vẫn tiếp tục quay tự do rồi mới dừng hẳn.
Nguyên lý hoạt động của động cơ bước biến từ được thể hiện như hình: 8 do an Hình 3. 4 Nguyên lý hoạt động động cơ bước biến từ trở [4] Khi cấp điện cho pha A (hình a), từng cặp cuộn dây A bố trí đối xứng nhau có cùng cực tính là nam (S) và bắc (N). Lúc này các cuộn dây hình thành các vòng từ đối xứng. Khi cấp điện cho pha B (hình b).
Lúc này từ trở trong động cơ lớn, momen từ tác động lên trục roto làm cho roto quay theo chiều giảm từ trở. Roto quay cho tới khi từ trở nhỏ nhất và khi momen bằng không thì trục động cơ dừng, roto đạt đến vị trí cân bằng mới. Tương tự như vật khi cấp điện cho pha C, động cơ hoạt động theo nguyên tắc trên và roto ở vị trí như hình c. Quá trình trên lặp lại và động cơ quay liên tục theo thứ tự pha A B C.
Để động cơ quay ngược chiều chỉ cần cấp điện cho các pha theo thứ tự ngược lại.[4] Gọi số pha của động cơ là Np, ổ răng trên roto là Zr, góc bước của động cơ bước biến từ trở là S ta tính được công thức sau: 360 𝑆= ( 3.3 Động cơ bước hỗn hợp Động cơ bước hỗn hợp (còn gọi là động ơ bước lai) có đặc trưng cấu trúc của động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước biến từ. Stato và roto có cấu tạo tương tự động cơ bước biến từ trở nhưng số răng của stato và roto không bằng nhau. Roto của động cơ bước thường có 2 phần: phần trong là nam châm vĩnh cửu được gắn chặt lên trục động cơ, phần ngoài là 2 đoạn roto được chế tạo từ lá thép non và răng của 2 đoạn roto được đặt lệch nhau.[4] 9 do an Hình 3. 5 Cấu tạo động cơ bước hỗn hợp [4] Góc bước của động cơ bước hỗn hợp được tính theo công thức: 𝑆 𝑆 = 𝑟 ( 3.3 ) [4] 𝑧𝑠 Trong đó: S là góc bước của động cơ, Sr là góc giữa 2 răng kề nhau, Zs là số cặp cực trên stato.
Động cơ bước hỗn hợp được sử dụng rộng rãi vì kết hợp các ưu điểm của 2 loại động cơ trên là động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước biến từ trở.4 Động cơ bước 2 pha Hiện nay các động cơ bước 2 pha được sử dụng rất thông dụng, có kết cấu như động cơ bước hỗn hợp và động cơ bước nam châm vĩnh cửu. Tuy nhiên động cơ bước 2 pha còn được phân loại dựa vào cách đấu dây các cặp cực.