powerpoint_hoan_chinh_bai_thuyet_trinh.ppt

Tìm hiểu động cơ bước

1. Trường Đại Học Bách Khoa
Tp.HCM
Khoa Điện – Điện tử
Ngành Kỹ thuật điện
Seminar 3: Tìm hiểu động cơ
và bộ điều khiển động cơ
bước(step) và động cơ từ
trở(reluctance)

2. Giảng viên hướng dẫn: Trần Công Binh
Sinh viên:
Bùi Công Chiến 40700212
Trần Hoài Bảo 40700138

3. Động cơ bước

4. 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 điều 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.

5. 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.

6. Các loại động cơ bước:
Động cơ biến thiên từ trở
Động cơ đơn cực
Động cơ hai cực
Động cơ nhiều pha

7. 1. Động cơ biến từ trở
Nếu motor của bạn có 3 cuộn dây, được nối như trong biểu đồ trên,
với một đầu nối chung cho tất cả các cuộn, thì nó là động cơ biến từ
trở. Khi sử dụng, dây nối chung (C) thường đựơc nối vào cực
dương của nguồn và các cuộn đựơc kích theo thứ tự liên tục.
Dấu thập trong hình trên là rotor của động cơ biến từ trở quay 30
độ mỗi bước. Rotor trong động cơ này có 4 răng và stator có 6
cực, mỗi cuộn quấn quanh hai cực đối diện. Khi cuộn 1 được
kích điện, răng X của rotor bị hút vào cực 1. Nếu dòng qua cuộn
1 bị ngắt và đóng dòng qua cuộn 2, rotor sẽ quay 30 độ theo
chiều kim đồng hồ và răng Y sẽ hút vào cực 2.

8. Để quay động cơ này một cách liên tục, chúng ta
chỉ cần cấp điện liên tục luân phiên cho 3 cuộn.
Theo logic đặt ra, trong bảng dưới đây 1 có
nghĩa là có dòng điện đi qua các cuộn, và chuỗi
điều khiển sau sẽ quay động cơ theo chiều kim
đồng hồ 24 bước hoặc 2 vòng:
Cuộn 1 1001001001001001001001001
Cuộn 2 0100100100100100100100100
Cuộn 3 0010010010010010010010010

9. Điện áp được cấp qua các khoá chuyển để nuôi các cuộn
dây, tạo ra từ trường làm quay rotor. Các khoá ở đây
không cụ thể, có thể là bất cứ thiết bị đóng cắt nào điều
khiển được như rơle, transitor công suất... Tín hiệu điều
khiển có thể được đưa ra từ bộ điều khiển như vi mạch
chuyên dụng, máy tính.
Sơ đồ điều khiển cơ bản động cơ từ trở

10. 2. Động cơ đơn cực
Động cơ loại đơn cực (Unipolar), thường có 6 đầu ra.
Đầu 1,2 thường được nối với cực dương, hai đầu a và
b có thể được nối xuống đất hoặc không sẽ quyết
định chiều quay của động cơ.

11. Mấu 1 nằm ở cực trên và dưới của stator, còn
mấu 2 nằm ở hai cực bên phải và bên trái động
cơ. Rotor là một nam châm vĩnh cửu với 6 cực,
3 Nam và 3 Bắc, xếp xen kẽ trên vòng tròn.
Như trong hình, dòng điện đi qua từ đầu trung
tâm của mấu 1 đến đầu a tạo ra cực Bắc trong
stator trong khi đó cực còn lại của stator là cực
Nam. Nếu điện ở mấu 1 bị ngắt và kích mấu 2,
rotor sẽ quay 30 độ, hay 1 bước. Để quay động
cơ một cách lien tục, chúng ta chỉ cần áp điện
vào hai mấu của động cơ theo dãy.

12. Mấu 1a 1000100010001000100010001
Mấu 1b 0010001000100010001000100
Mấu 2a 0100010001000100010001000
Mấu 2b 0001000100010001000100010

Mấu 1a 1100110011001100110011001
Mấu 1b 0011001100110011001100110
Mấu 2a 0110011001100110011001100
Mấu 2b 1001100110011001100110011

13. Dãy trên chỉ cấp điện cho một mấu tại một thời
điểm, vì vậy nó dung ít năng lượng hơn. Dãy
dưới phải đòi hỏi cấp điện cho cả hai mấu một
lúc và nói chung sẽ tạo ra một moment xoắn lơn
hơn dãy bên trên 1.4 lần trong khi phải cấp điện
gấp 2 lần.
Vị trí bước được tạo ra bởi hai chuỗi trên không
giống nhau, kết quả, kết hợp 2 chuỗi trên cho
phép điều khiển nửa bước, với việc dừng động
cơ một cách lần lượt tại những vị trí đã nêu ở
một trong hai dãy trên. Chuỗi kết hợp như sau:

14. Mấu 1a 11000001110000011100000111
Mấu 1b 00011100000111000001110000
Mấu 2a 01110000011100000111000001
Mấu 2b 00000111000001110000011100

15. ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC ĐƠN CỰCĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC ĐƠN CỰC

16. ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC ĐƠN CỰCĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC ĐƠN CỰC

17. Mạch điều khiển thực tế cho động cơ bước

18. 3. Động cơ hai cực
Động cơ loại lưỡng cực (Bipolar), thường có 4
đầu ra. Về cấu tạo đơn giản hơn nhưng khó
cho điều khiển vì phải đảo chiều dòng điện qua
cuộn dây a,b.

19. Mạch điều khiển cho động cơ đòi hỏi một
mạch điểu khiển cầu H cho mỗi mấu. Một
cầu H cho phép cực của nguồn áp đến
mỗi đầu của mấu được điều khiển mộc
cách độc lập. Các dãy điều khiển cho mỗi
bước đơn của loại động cơ này được nêu
bên dưới, dung + và - để đại diện cho các
cực của nguồn áp được áp vào mỗi đầu
của động cơ:

20. Đầu 1a +---+---+---+--- ++--++--++--++--
Đầu 1b --+---+---+---+- --++--++--++--++
Đầu 2a -+---+---+---+-- -++--++--++--++-
Đầu 2b ---+---+---+---+ +--++--++--++--+
Chú ý rằng những dãy này giống như trong
động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực, ở mức
độ lý thuyết, và ở mức độ mạch đóng ngắt cầu
H, hệ thống điều khiển cho hai loại động cơ này
là giống nhau.

21. ĐIỀU KHIỂN MOTOR LƯỠNG CĐIỀU KHIỂN MOTOR LƯỠNG C ỰC ỰC VỚI CẦU HVỚI CẦU H
Motor bước lưỡng cực trên cuộn
dây không có điểm giữa nên khi
đảo chiều quay động cơ gặp khó
khăn. Để đảo được chiều từ
trường sinh ra trong cuộn dây
( cũng có nghĩa đảo chiều dòng
điện) phải dùng một cấu trúc gọi
là cầu H
Với 4 khoá A,B,C,D có thể thiết
lập được 16 chế độ trong đó 7
chế độ ngắn mạch nguồn
Thông thường sử dụng A,D đóng trong chế độ thuận và B,C
đóng trong chế độ ngược

22. 4. Động cơ nhiều pha
Một bộ phận các động cơ không được phổ
biến như những loại trên đó là động cơ nam
châm vĩnh cửu mà các cuộn được quấn nối
tiếp thành một vòng kín như hình trên. Thiết kế
phổ biến nhất đối với loại này sử dụng dây nối
3 pha và 5 pha.

23. Bộ điều khiển cần ½ cầu H cho mỗi một đầu
ra của động cơ, nhưng những động cơ này
có thể cung cấp moment xoắn lớn hơn so
với các loại động cơ bước khác cùng kích
thước. Một vài động cơ 5 pha có thể xử lý
cấp cao để có được bước 0.72 độ (500 bước
mỗi vòng). Với một động cơ 5 pha như trên
sẽ quay mười bước mỗi vòng bước, như
trình bày dưới đây:

24. Đầu 1 +++-----+++++-----++
Đầu 2 --+++++-----+++++---
Đầu 3 +-----+++++-----++++
Đầu 4 +++++-----+++++-----
Đầu 5 ----+++++-----+++++-
Ở đây, giống như trong trường hợp động
cơ hai cực, mỗi đầu hoặc được nối vào
cực dương hoặc cực âm của hệ thống cấp
điện động cơ.

25. Chú ý rằng, tại mỗi bước, chỉ có một đầu thay đổi cực.
Sự thay đổi này làm ngắt điện ở một mấu nối vào đầu đó
(bởi vì cả hai đầu của mấu có cùng điện cực) và áp điện
vào một mấu đang trong trạng thái nghỉ trước đó. Hình
dạng của động cơ được để nghị như hình trên, dãy điều
khiển sẽ điều khiển động cơ quay 2 vòng.

26. Nếu mất đi nhãn trên động cơ, các bạn vẫn có thể phân
biệt hai loại động cơ này bằng cảm giác mà không cần
cấp điện cho chúng. Động cơ nam châm vĩnh cửu
dường như có các nấc khi bạn dung tay xoay nhẹ rotor
của chúng, trong khi động cơ biến từ trở thì dường như
xoay tự do (mặc dù cảm thấy chúng cũng có những nấc
nhẹ bởi sự giảm từ tính trong rotor).

27. Bạn cũng có thể phân biệt hai loại động
cơ này bằng ohm kế. Động cơ biến từ trở
thường có 3 mấu, với một dây về chung,
trong khi đó, động cơ nam châm vĩnh cửu
thường có hai mấu phân biệt, có hoặc
không có nút trung tâm. Nút trung tâm
được dùng trong động cơ nam châm vĩnh
cửu đơn cực

30. Lợi ích sử dụng động cơ bước:
 Không chổi than: Không xảy ra hiện tượng
đánh lửa chổi than làm tổn hao năng lượng, tại
một số môi trường đặc biệt (hầm lò...) có thể
gây nguy hiểm.
 Tạo được mômen giữ: Một vấn đề khó trong
điều khiển là điều khiển động cơ ở tốc độ thấp
mà vẫn giữ được mômen tải lớn. Động cơ bước
là thiết bị làm việc tốt trong vùng tốc độ nhỏ. Nó
có thể giữ được mômen thậm chí cả vị trí nhừ
vào tác dụng hãm lại của từ trường rotor.

31.  Điều khiển vị trí theo vòng hở: Một lợi thế rất
lớn của động cơ bước là ta có thể điều chỉnh vị trí
quay của roto theo ý muốn mà không cần đến phản
hồi vị trí như các động cơ khác, không phải dùng
đến encoder hay máy phát tốc (khác với servo).
 Độc lập với tải: Với các loại động cơ khác, đặc
tính của tải rất ảnh hưởng tới chất lượng điều
khiển. Với động cơ bước, tốc độ quay của rotor
không phụ thuộc vào tải (khi vẫn nằm trong vùng
momen có thể kéo được). Khi momen tải quá lớn
gây ra hiện tượng trượt, do đó không thể kiểm
soát được góc quay.

32. Ứng dụng động cơ bước
Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ
bước là một cơ cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu bởi nó
có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới dạng
số.
Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành tự
động hoá, chúng được ứng dụng trong các thiết bị cần
điều khiển chính xác. Ví dụ: Điều khiển robot, điều khiển
tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển định vị trong
các hệ quan trắc, điểu khiển bắt, bám mục tiêu trong các
khí tài quan sát, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia
công cắt gọt, điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều
trong máy bay...
Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng
cho các loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in...