Bài giảng Hệ thống cơ điện tử - Chương 3: Cơ cấu chấp hành

CƠ CẤU CHẤP HÀNH GV: TS. Ngô Hà Quang Thịnh Khoa: Cơ-Điện Giới Thiệu Về Cơ Cấu Chấp Hành Giới Thiệu Về Cơ Cấu Chấp Hành Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cơ cấu dẫn động Giới Thiệu Về Cơ Cấu Chấp Hành Dạng Công Suất Đại Lượng Thế Suy Rộng (p) Đại Lượng Dòng Suy Rộng (f) Công Suất P = p. f Tịnh tiến cơ học Vận tốc dài: v Lực: F Ptrans = F. v Quay cơ học Vận tốc góc: ω Moment: M Prot = ω. M Điện Điện áp: U Dòng điện: I P = U. I Dòng chất lỏng Áp suất: p Lưu lượng: V’ Pfl = p. V’ Nhiệt Chênh lệnh nhiệt độ Δt Lượng truyền nhiệt: kA Pth = Δt. kA Các dạng công suất và các đại lượng dòng, đại lượng thế suy rộng có liên quan Các Cơ Cấu Chấp Hành & Đặc Tính Cơ cấu chấp hành điện Đặc tính Điôt, thyristo, transistor lưỡng cực, triac, điac, mosfet công suất, rơ le bán dẫn Dạng điện tử, đáp ứng tần số rất cao Tiêu thụ năng lượng thấp Cơ cấu chấp hành điện cơ Đặc tính ĐC một chiều, kích từ độc lập Tốc độ có thể điều khiển bằng điện áp chạy trong cuộn dây phần ứng hoặc thay đổi dòng điện trường ĐC một chiều mạch mắc rẽ nhánh Ứng dụng không đổi ĐC một chiều mạch tổ hợp Mô men khởi động cao, mô men gia tốc cao, tốc độ cao với tải nhẹ, không ổn định khi tải nặng ĐC một chiều nam châm vĩnh cửu kiểu truyền thống Hiệu suất cao, công suất cao, đáp ứng nhanh ĐC một chiều nam châm vĩnh cửu cuộn dây chuyển động Hiệu suất cao hơn, độ cảm thấp hơn động cơ một chiều truyền thống ĐC một chiều nam châm vĩnh cửu kiểu động cơ mô men Có thể chạy trong thời gian dài trong điều kiện chết máy hoặc vòng quay thấp ĐC một chiều truyền thông điện tử (không chổi quét) Đáp ứng nhanh, hiệu suất cao > 75%, tuổi thọ dài, độ tin cậy cao, không cần bảo dưỡng, sinh nhiễu tần số sóng thấp ĐC cảm ứng xoay chiều Là động cơ được dùng nhiều nhất trong công nghiệp, đơn giản, rẻ và khỏe ĐC đồng bộ xoay chiều Rotor quay với tốc độ đồng bộ, hiệu suất rất cao trên dải vận tốc và tải rộng, cần trợ giúp để khởi động, tuổi thọ ngắn ĐC bước lai ghép Thay đổi xung điện trong chuyển động cơ học đưa ra vị trí chính xác, không cần phản hồi ĐC bước từ trở biến thiên Bảo dưỡng ít Các Cơ Cấu Chấp Hành & Đặc Tính Cơ cấu chấp hành điện từ Đặc tính Thiết bị dạng solenoid Lực lớn, tác động nhanh Nam châm điện từ, rơ le Điều khiển đóng, mở Cơ cấu chấp hành thủy khí Đặc tính Xy lanh Thích hợp với chuyển động thẳng Động cơ thủy lực nói chung Dải tốc độ rộng, khoảng tải rộng, tin cậy cao, không có rủi ro sốc điện Các loại van thủy khí Ít phải bảo dưỡng Cơ cấu chấp hành vật liệu thông minh Đặc tính Áp điện và điện giảo Tần số cao với chuyển động nhỏ, điện áp thấp với kích thích dòng điện thấp, độ phân giải cao Từ giảo Tần số cao với chuyển động nhỏ, điện áp thấp với kích từ dòng điện cao Hợp kim nhớ hình thù Điện áp thấp với kích từ dòng điện cao, tần số thấp với chuyển động lớn Dòng lưu biến điện Kích từ điện áp rất cao, chịu đựng tốt với sốc và dao động cơ học, tần số thấp với lực lớn Cơ cấu chấp hành mirco và nano Đặc tính Động cơ micro Thích hợp với các hệ micro Van micro Co thể dùng công nghệ xử lý silic sẵn có, tính chất như động cơ tĩnh điện Bơm micro Có thể dùng bất cứ vật liệu thông minh nào Hệ Thống Thủy Lực & Khí Nén Giới Thiệu Hệ Thống Thủy Khí Nguyên lý làm việc Giới Thiệu Hệ Thống Thủy Khí Hệ thống thủy lực Hệ thống khí nén Giới Thiệu Hệ Thống Thủy Khí Động cơ thủy lực Động cơ khí nén Bơm (hoặc máy nén): là thiết bị biến năng lượng cơ học (của động cơ dẫn động) thành năng lượng dòng môi chất. Động cơ (thủy lực hoặc khí nén): là thiết bị biến năng lượng dòng môi chất thành năng lượng cơ học, giữa bơm và động cơ có tính thuận nghịch (kết cấu tương tự nhau) song động cơ thường yêu cầu độ chính xác chế tạo cao hơn bơm. Giới Thiệu Hệ Thống Thủy Khí Sơ đồ nguyên lý mạch thủy khí cơ bản Các Thiết Bị Trong HT & Vai Trò Van an toàn: là thiết bị có chức năng giữ cho áp lực của hệ thống không vượt quá giá trị định trước. Van tiết lưu: là thiết bị có chức năng thay đổi lưu lượng của dòng chảy, lưu lượng qua van tiết lưu phụ thuộc vào tải trọng ngoài và thường không ổn định. Van đảo chiều: thiết bị có chức năng ấn định hướng của dòng môi chất, nó dùng xác định hướng di chuyển của cơ cấu chấp hành. Các rơle áp lực: ấn định trạng thái bắt đầu hay kết thức làm việc của hệ thống. Van một chiều: chỉ cho môi chất di chuyển theo một hướng xác định và khóa hướng lưu thông ngược lại. Các Thiết Bị Trong HT & Vai Trò Các thiết bị khuếch đại lực hoặc momen: Dùng khuếch đại lực hoặc mô men công tác truyền từ cơ cấu điều khiển đến khâu công tác. Các thiết bị tích áp: lưu trữ năng lượng dưới dạng áp lực để bù rò cho hệ thống. Thiết bị đảo chiều phụ: dùng tác động đổi chiều tự động cho dòng lưu chất có chức năng điều khiển (phân biệt với dòng công tác. Các Phần Tử Xử Lý & Điều Chỉnh Van Áp Suất Van áp suất dùng để điều chỉnh áp suất,tức là cố định hoặc tăng, giảm trị số áp trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực. Van áp suất gồm các loại sau: • Van an toàn • Van tràn Van Áp Suất • Van điều chỉnh áp suất (van giảm áp): • Van cản: Van Áp Suất • Van tiết lưu cố định: • Van tiết lưu thay đổi được lưu lượng: Van Áp Suất • Van đảo chiều: là cơ cấu chỉnh hướng có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng đi qua van chủ yếu bằng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng của dòng năng lượng. Van Áp Suất • Van đảo chiều:  Tín hiệu tác động: Van Áp Suất • Van đảo chiều:  Tín hiệu tác động: Van Áp Suất • Van đảo chiều:  Có rất nhiều dạng khác nhau, nhưng dựa vào đặc điểm chung là số cửa, số vị trí và số tín hiệu tác động để phân biệt.  Số vị trí: là số chỗ định vị con trượt của van, thông thường có 2 hay 3 vị trí.  Số cửa: là số lỗ dẫn khí hay dầu vào ra, thường dùng 2, 3, 4, 5 cửa.  Số tín hiệu: là tín hiệu kích thích con trượt chuyển từ vị trí này sang vị trí khác, thường là 1 hoặc 2. Van Áp Suất • Van đảo chiều:  Van 2/2:  Van 3/2: Van Áp Suất • Van đảo chiều:  Van 4/2:  Van 5/2: Van Áp Suất • Van đảo chiều:  Van 4/3: Van Áp Suất • Van servo: Cơ Cấu Chấp Hành Thủy -Khí Xi-Lanh Xi-lanh là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi thế năng của dầu thành cơ năng, thực hiện chuyển động thẳng. Xi-lanh thủy lực được chia làm hai loại: xi-lanh lực và xi-lanh quay. Xi-lanh lực: • Xi-lanh tác dụng đơn: Xi-Lanh Xi-lanh lực: • Xi-lanh màng: Xi-Lanh Xi-lanh lực: • Xi-lanh tác dụng kép: Xi-Lanh Xi-lanh lực: • Xi-lanh quay: Bơm Bơm bánh răng: Bơm Bơm cánh gạt: Bơm Bơm piston: Phần Tử Chấp Hành Điện Công Tắc (Switch) Khái niệm: Công tắc là một loại khí cụ đóng ngắt dòng điện bằng tay, có hai hoặc nhiều trạng thái ổn định, dùng để chuyển đổi, đóng ngắt mạch điện công suất nhỏ Công Tắc (Switch) Phân Loại & Cấu Tạo: Cấu tạo của công tắc: phần chính là tiếp điểm đóng mở được gắn trên đế nhựa và có lò xo để thao tác chính xác Phân Loại: Theo hình dạng Loại kín Loại hở Loại bảo vệ Theo số pha Công tắc một pha Công tắc ba pha Theo công dụng Công tắc đóng trực tiếp Công tắc chuyển mạch (hay công tắc vạn năng) Công tắc hành trình Công Tắc (Switch) Các thông số kỹ thuật cơ bản: Điện áp định mức Udm: Điện áp định mức một chiều có thể là 110V, 220 V, 440V Điện áp định mức xoay chiều là 127V, 220V, 380V, 500V Dòng điện định mức Idm: là dòng điện dài hạn qua tiếp điểm của công tắc mà không làm hỏng tiếp điểm Công Tắc (Switch) Các thông số kỹ thuật cơ bản: Tuổi thọ cơ khí: được tính bằng số lần đóng ngắt Thường vào khoảng 1 triệu lần đóng ngắt không điện 200 ngàn lần đóng ngắt có dòng điện định mức Điện áp cách điện: điện áp thử cách điện Công Tắc (Switch) Một số hình dạng công tắc: Công tắc xoay Công Tắc (Switch) Một số hình dạng công tắc: Công tắc bật Công Tắc (Switch) Một số hình dạng công tắc: Công tắc hành trình Rơ Le (Relay) Rơle là thiết bị tự động đóng, cắt các tiếp điểm dựa trên sự thay đổi của các đại lượng như: dòng điện, điện áp, nhiệt độ, điện trở Rơ Le (Relay) Phân loại: Theo nhiệm vụ: Rơ le điều khiển, rơ le bảo vệ, rơ le tín hiệu, rơ le trung gian Theo tham số vật lý: Rơ le theo tham số điện (I, U, P, f), rơ le theo tham số cơ (chuyển dịch, vận tốc) Theo nguyên lý làm việc: rơ le điện từ, rơ le điện động, rơ le nhiệt, rơ le điện trở, rơ le cảm ứng, rơ le tốc độ, rơ le thời gian Theo dòng điện: rơ le dòng điện một chiều, rơ le dòng điện xoay chiều Rơ Le Nhiệt Khái niệm và cấu tạo: Là loại khí cụ để bảo vệ động cơ và mạch điện khi có sự cố quá tải. Rơ-le nhiệt không tác động tức thời theo trị số dòng điện vì có quán tính nhiệt lớn, cần thời gian phát nóng (vài giây đến vài phút). -Phần tử phát nóng (1), vít (2) và phiến lưỡng kim (3). -Vít (6), giá nhựa cách điện (5). -Giá (5), trục (4), ngàm đòn bẩy (9). -Lò xo (8), trục (7), tiếp điểm động (11), tiếp điểm tĩnh (12). -Nút nhấn (10). Rơ Le Nhiệt Nguyên lý hoạt động: Ký hiệu: Rơ Le Nhiệt Phân loại: Theo kết cấu: chia thành 2 loại (kiểu hở và kiểu kín) Theo yêu cầu sử dụng: loại một cực và hai cực Theo phương thức đốt nóng:  Đốt nóng trực tiếp  Đốt nóng gián tiếp  Đốt nóng hỗn hợp Rơ Le Thời Gian TS. Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Rơ le thời gian (time-delay relay) Rơ le thời gian được thiết kế để trì hoãn thời gian đóng/mở tiếp điểm khi được kích hoạt. Time relay Time delay when the coil is energized Time delay when the coil is deenergized NO NC NO NC Diode Bán dẫn loại P: gia tăng lượng điện tử trong dãy dẫn của silicon thuần khiết. Bán dẫn loại N: gia tăng lượng lỗ trống trong bán dẫn silicon thuần khiết. Khi tạo thành mối nối P-N giữa khối bán dẫn loại N và khối bán dẫn loại P, ta có diode cơ bản. Diode là linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện qua nó theo một hướng định trước. Diode Hai lớp điện tích dương và âm tạo thành vùng nghèo, là vùng gần tiếp giáp P-N do sự thiếu hụt các hạt tải tùy thuộc vào quá trình khuếch tán tại mối nối. Điện thế chênh lệch tạo bởi điện trường ngang qua vùng nghèo là lượng điện áp cần thiết để di chuyển điện tử tự do. Điện thế chênh lệch đó gọi là điện thế rào cản. Diode Phân cực thuận là sự phân cực tạo điều kiện thuận lợi cho dòng đi ngang qua mối nối P-N. Đầu (-) của VBIAS nối lớp bán dẫn N Đầu (+) của VBIAS nối lớp bán dẫn P Giá trị điện áp VBIAS phải lớn hơn điện thế rào cản Phân cực nghịch là điều kiện cần thiết ngăn cản dòng điện đi qua diode. Đầu (+) của VBIAS nối lớp bán dẫn N Đầu (-) của VBIAS nối lớp bán dẫn P Vùng nghèo sẽ tăng rộng hơn so với trạng thái phân cực thuận Diode Khi VF=0, không có dòng diode IF=0 Khi VF gia tăng do gia tăng điện áp ngoài VBIAS, dòng IF gia tăng Khi VBIAS tăng đến mức để VF~0.7V, dòng IF gia tăng nhanh Khi tiếp tục gia tăng VBIAS thì dòng IF càng gia tăng nhưng VF hơi gia tăng Khi cấp áp ngoài phân cực nghịch VBIAS, dòng IR có giá trị rất nhỏ Khi tăng áp nghịch VR phá vỡ áp phân cực nghịch VBR, dòng IR gia tăng rất nhanh Tiếp tục gia tăng áp VBIAS thì dòng IR gia tăng nhanh trong khi áp VR hơi tăng VF: điện áp đặt ngang qua hai đầu diode lúc phân cực thuận VBIAS : điện áp phân cực cấp vào mạch diode IF: dòng điện qua diode lúc phân cực thuận IR: dòng điện nghịch VR: điện áp nghịch VBR: điện áp phá vỡ phân cực nghịch Thyristor Thyristor hay Chỉnh lưu silic có điều khiển (SCR) là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn,ví dụ như P-N-P-N Thyristor có 3 cực: anode (A), cathode (K) và cực điều khiển (G). Nó được dùng để chỉnh lưu dòng điện có điều khiển Thyristor SCR – silicon-controlled rectifier - Dòng điện nhỏ IG kích vào cực G làm mối nối P-N giữa cực cổng G và catod K dẫn → phát khởi dòng điện IA qua SCR lớn hơn nhiều. - Đổi chiều nguồn VAA sẽ không có dòng điện qua SCR cho dù có dòng điện kích IG. SCR có thể coi như tương đương với hai transistor PNP và NPN liên kết nhau qua ngõ nền và thu - Dòng điện nhỏ IG kích vào cực nền của T1 tạo ra dòng IC1 lớn hơn, mà IC1 chính là IB2 nên tạo ra dòng IC2 lớn hơn trước. Do đó, dòng này chính là dòng anod của SCR. - Ngắt SCR bằng ngắt nguồn VAA hay giảm VAA sao dòng qua SCR nhỏ hơn trị số nào đó gọi là dòng duy trì IH Thyristor - Khi SCR phân cực nghịch, chỉ có dòng điện rỉ rất nhỏ chạy qua SCR. - Khi SCR phân cực thuận, nếu nối tắt hay để hở VGG (IG=0), khi VAK còn nhỏ thì chỉ có dòng rất nhỏ chạy qua SCR. Nhưng khi VAK đạt đến trị số nào đó (điện thế quay về VBO) thì VAK sụt xuống 07V. Dòng tương ứng bây giờ là dòng duy trì IH. - Khi tăng VGG để tạo dòng kích IG càng lớn, thì VBO càng nhỏ hơn Thyristor Mạch SCR đối với tải DC Thyristor Mạch SCR đối với tải AC Thyristor Mạch SCR đối với tải AC Ứng dụng: đóng/mở mạch động lực, chỉnh lưu, và biến tần Triac TRIAC (viết tắt của TRIode for Alternating Current) là phần tử bán dẫn gồm năm lớp bán dẫn, tạo nên cấu trúc P-N-P-N như ở thyristor theo cả hai chiều giữa các cực MT1 và MT2. Do đó có thể dẫn dòng theo cả hai chiều giữa MT1 và MT2. TRIAC có thể coi tương đương với hai thyristor đấu song song song ngược. Để điều khiển Triac ta chỉ cần cấp xung cho chân G của Triac. TRIAC đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng điều chỉnh điện áp xoay chiều và các công-tắc-tơ tĩnh. Transitor BJT (Bipolar Junction Transistor) tạo nên từ 3 lớp bán dẫn phân cách nhau bởi 2 mối nối P-N Ba vùng bán dẫn trong transistor gọi là vùng Phát (Emitter), Nền (Base) và Thu (Collector) Transitor Muốn transistor hoạt động như bộ khuếch đại, hai mối nối P-N phải được phân cực đúng bằng các nguồn DC ngoài. Mối nối Nền-Phát được phân cực thuận Mối nối Nền-Thu được phân cực nghịch Transitor E C B I I I C DC B I I BB BE B B V V I R CE CC C C CC C DC BV V R I V R I Độ lợi dòng điện DC: Áp dụng định luật Kirchhoff 2 cho mắt lưới phía cực nền: Áp dụng định luật Kirchhoff 2 cho mắt lưới phía cực thu: Transitor Cho mạch transistor như hình, biết βDC=150. Xác định IB, IC, IE và VCE, VCB Solenoid Đặc điểm: là một dụng cụ được tạo ra bởi một vòng dây dẫn điện quấn theo dạng hình trụ. Khi cho dòng điện chạy qua dây thì sẽ xuất hiện từ trường khá đều trong lòng ống. Cường độ từ trường sinh ra phụ thuộc vào:  Cường độ dòng điện đi qua dây,  Số vòng dây trên một đơn vị đo chiều dài của ống dây  Kích thước của ống dây Solenoid Loại sản phẩm: điện từ Vật liệu: kim loại, linh kiện điện tử Điện áp: DC 24V Hướng hoạt động: kéo Lực và lượng dịch chuyển: 10 mm, 1kg 0 mm, 3 kg Lỗ có đường kính: 3 mm Kích thước piston: 11 x 35 mm Trọng lượng: 225g Động Cơ Điện Một Chiều Nguyên lý làm việc Động Cơ Điện Một Chiều Lực tác dụng lên cuộn dây: với: F: lực tác dụng lên cuộn dây (N) I: dòng chạy qua cuộn dây (A) B: cường độ từ trường (G) L: chiều dài cuộn dây (m) : góc tạo bởi vectơ B và I Động Cơ Điện Một Chiều Phần ứng động cơ DC Moment tạo ra với: T: moment động cơ KT: hằng số dựa vào cấu tạo động cơ IA: dòng điện phần ứng : từ thông Động Cơ Điện Một Chiều Khi phần ứng quay trong môi trường từ trường, một sức điện động sẽ xuất hiện trên các cuộn dây của phần ứng (ngược chiều với điện áp nguồn cấp vào phần ứng). Điện áp thực trên phần ứng với: VA: điện áp thực trên phần ứng VTn: điện áp nguồn cấp vào phần ứng CEMF: điện áp tạo ra bởi động cơ IA: dòng điện phần ứng RA: trở kháng phần ứng với: EMF: điện áp tạo ra KE: hằng số dựa vào cấu tạo động cơ : từ thông S: tốc độ động cơ (rpm) Động Cơ Điện Một Chiều Thí dụ: Một động cơ 12 Vdc có điện trở phần ứng là 10  và sức điện động tạo ra là 0.3 V/100 rpm. Xác định dòng phần ứng thực tế khi động cơ làm việc ở vận tốc 0 rpm và ở vận tốc 1000 rpm. Giải: ta có • S = 0 rpm • S = 1000 rpm Lưu ý: khi động cơ làm việc, dòng điện trên phần ứng giảm đi Động Cơ Điện Một Chiều Đường đặc tính (moment - tốc độ) của động cơ nam châm vĩnh cữu (permanent magnet) Động Cơ Điện Một Chiều Thí dụ: Một động cơ DC PM sử dụng trong máy quay băng. Khi trả băng, động cơ làm việc ở 10 V với vận tốc 500 rpm. Để rút ngắn thời gian trả băng, nguời ta muốn động cơ làm việc với vận tốc 650 rpm. Khi đó moment tải ước tính sẽ tăng thêm 50%. Hãy xác định điện áp phần ứng để động cơ đáp ứng được yêu cầu này. Động Cơ Điện Một Chiều → Chiều quay: chiều dòng điện chạy qua động cơ quyết định chiều quay trục của động cơ . → Tốc độ: tốc độ động cơ phụ thuộc vào áp và tải đặt trên động cơ. → Điện áp: động cơ công suất nhỏ có điện áp từ 1.5V đến 48V. Điện áp hoạt động chỉ thị điện áp thông thường hay điện áp áp dụng vào động cơ giúp động cơ hoạt động trong điều kiện bình thường (sản sinh ra công suất cực đại và tiêu thụ dòng điện hoạt động. → Dòng điện: Khi động cơ được cấp điện áp hoạt động, dòng chạy qua động cơ phụ thuộc vào tải (dòng và tải tỷ lệ thuận). → Công suất: moment sản sinh ra ở trục động cơ phụ thuộc không chỉ vào đặc tính điện và đặc tính cơ, mà còn phụ thuộc đường kính trục. 1 2 2 1 10 10; 10 V FD d V F Động Cơ Điện Một Chiều Đo moment bằng phương pháp cơ: → (a) Sử dụng Prony brake dynamometer: dựa vào đặc tính moment thay đổi theo tốc độ động cơ. → (b) Sử dụng dynamo đóng vai trò như tải: dòng cấp cho đèn thay đổi chính là tải . → (c) Sử dụng tải đã biết trọng lượng: phương pháp này phù hợp cho động cơ tốc độ thấp, bởi vì việc đo lường phụ thuộc vào độ trễ trong xác định chuyển vị của tải. Động Cơ Điện Một Chiều Đo moment bằng phương pháp điện: → Dựa vào đặc tính động cơ đạt 60~80% khi hoạt động ở vận tốc bình thường. T: moment P: công suất động cơ ω: vận tốc góc V: áp cấp cho động cơ I: dòng qua động cơ f: tần số π = 3.14 0.8 P T P V I 2 f Động Cơ Điện Một Chiều Đo vận tốc: → (a) Sử dụng động cơ như dynamo. → (b) Sử dụng đèn LED → (c) Sử dụng oscillope Động Cơ Điện Một Chiều Đo vận tốc: → (d) Sử dụng tần số kế: thay oscillope trong phương pháp (c) bằng tần số kế. → (e) Sử dụng đồng hồ vạn năng → (f) Sử dụng hộp số: rpm: rev/min của động cơ R: tỷ số truyền của hộp số n: rev/min của trục hộp số rpm R n Động Cơ Điện Một Chiều Mạch cầu H: → Nguyên lý hoạt động: thay đổi chiều động cơ đơn giản bằng relay kép (double pole, doule throw: DPDT). Tuy nhiên, giá thành relay cao, kích thước vật lý lớn, trọng lượng nặng, cấu tạo có các thành phần cơ khí có khả năng gây sự cố. → Sử dụng transistor như switch để điều khiển động cơ. Ngược lại, đổi chiều động cơ đòi hỏi phải sử dụng thiết bị đóng vai trò như switch DPDT. Trong khi đó, transistor hoạt động như switch SPST ( single pole, single throw). → Do đó, sử dụng 2 hay 4 transistor kết hợp để điều khiển động cơ như switch DPDT Động Cơ Điện Một Chiều Mạch cầu H (Half Bridge): → Sử dụng 2 switch SPST và 2 nguồn tạo thành mạch kín: - Nếu SW1 đóng, dòng điện qua động cơ do B1, động cơ quay theo CW - Nếu SW2 đóng, dòng điện qua động cơ do B2, động cơ quay theo CCW → Sử dụng 2 transistor như switch bằng cách phân cực transistor bằng nguồn ngoài. Nhược điểm của phương pháp này là nguồn cấp phải đối xứng. Khắc phục bằng phương pháp sử dụng 4 transistor. Động Cơ Điện Một Chiều Mạch cầu H (Full Bridge): → Sử dụng 4 switch SPST và 1 nguồn tạo thành mạch kín: - Nếu SW1 & SW4 đóng, động cơ quay theo CW - Nếu SW2 & SW3 đóng, động cơ quay theo CCW → Sử dụng 4 transistor như switch bằng cách phân cực transistor bằng nguồn ngoài. Tùy thuộc vào quá trình phân cực mà transistor có thể dẫn hay không dẫn dòng điện. → Lưu ý (Q1 & Q3) hay (Q2 & Q4) dẫn đồng thời để xảy ra tình trạng ngắn mạch Động Cơ Điện Một Chiều Điều khiển động cơ • Bộ khuếch đại công suất: dùng các mạch khuếch đại tín hiệu tương tự • Bộ điều chế độ rộng xung: tạo ra các xung DC ở mức điện áp cố định Động Cơ Điện Một Chiều • Mạch khuếch đại tín hiệu tương tự → Ưu điểm: dòng qua cực nền thấp so với dòng qua transistor, do đó động cơ không phân tán nhiều năng lượng → Khuyết điểm: năng lượng thất thoát bởi transistor chuyển một lượng đáng kể năng lượng thành nhiệt khi điều khiển dòng điện tải Động Cơ Điện Một Chiều • Mạch điều chế độ rộng xung Ưu điểm: • có dạng tín hiệu số - đóng/mở mạch, do đó có thể điều khiển trực tiếp từ máy tính (dùng 1 bit) mà không cần qua bộ DAC. • Hiệu quả về mặt năng lượng (ít tiêu hao công suất ở những mạch đóng/mở). Động Cơ Điện Một Chiều Động Cơ Điện Một Chiều Động Cơ Cảm Ứng Lồng Sóc 1 Pha Cấu tạo: Động Cơ Đồng Bộ 3 Pha Cấu tạo: Động cơ AC có tốc độ thay đổi Động Cơ Đồng Bộ 3 Pha → To start-run-stop asynchronous motor 3-phase → There is a contact to maintain the operation of motor → Then, stop the asynchronous motor 3-phase Động Cơ Đồng Bộ 3 Pha → To start 2 asynchronous motor 3-phase in order → Motor 1 (controlled by contactor K1) run firstly → Motor 2 (controlled by contactor K2) run secondly → If there is error, all system stop → Finally, both of motors are stopped Động Cơ Đồng Bộ 3 Pha → Convert the rotation of motor 3-phase by switching 2 of 3 power cables → This schematic is to change CW/CCW dimension of motor → Then, stop motor Động Cơ Đồng Bộ 3 Pha → To start-run-stop asynchronous motor 3-phase → There is a contact to maintain the operation of motor → After a time, often-closed contact of timer open → Then, stop the asynchronous motor 3-phase Động Cơ Đồng Bộ 3 Pha → To start in order 2 asynchronous motor 3-phase → Motor 1 (controlled by contactor K1) operate firstly → After a time, often-opened contact of timer close → Then, motor 2 (controlled by contactor K2) operate secondly → Press S1 to stop 2 motor Động Cơ Bước Nguyên lý làm việc Động Cơ Bước Ảnh hưởng của tải lên động cơ Động Cơ Bước Chế độ kích • Động cơ 2 pha Động Cơ Bước Động Cơ Tịnh Tiến Cấu tạo: Động Cơ Tịnh Tiến Động Cơ Tịnh Tiến Ứng dụng: • Trong thực tế động cơ tịnh tiến được sử dụng trong các thiết bị đòi hỏi tốc độ cao, có tần suất lặp lại lớn đồng thời yêu cầu độ chính xác cao → máy công cụ CNC tốc độ cao, máy cắt laser CNC, tàu siêu tốc-đệm khí. • Giá thành thấp. Động Cơ Servo Động Cơ Servo Động Cơ Servo  Straight transfer section : mechanical part that recti-linear movement occurs.  Servo motor : device that generates power.  Servo drive : device that flows electricity to servo motor .  Motion controller : device that generates various signals to control motion  Electric field : other connecting devices to connect motion controller and servo drive  PC : primary device that controls motion controller by PC programming  Motion library : API that moves motion controller Động Cơ Servo Động Cơ Servo CAMC-QI Address Decoding Động Cơ Servo Pulse output signal/ direction output signal Động Cơ Servo Interface of Servo ON, Alarm Clear, Common Output Signals Động Cơ Servo Interface of Limit (+)/(-) Signals and Home Sensor Động Cơ Servo Interface of A, B and Z-phase Encoder Signals Động Cơ Servo Connection with Terminal Block Động Cơ Servo Connection Diagram between Terminal & Servo Driver Động Cơ Servo Động Cơ Servo CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 3 1. Trình bày cấu trúc của hệ thống chấp hành thủy lực, khí nén 2. Cơ cấu chấp hành cuối của hệ thống thủy lực khí nén là gì 3. Trình bày các loại van được sử dụng trong hệ thống thủy lực khí nén 4. Liệt kê các cơ cấu chấp hành điện thường gặp trong hệ thống cơ điện tử 5. Động cơ bước là gì ? Nguyên lý hoạt động của động cơ bước 6. Động cơ servo là gì ? Nêu các chế độ của động cơ servo