Tài liệu Nguyên lý hoạt động của động cơ bước doc

1
Cácloạiđộngcơbước
Phần1:ĐộngcơbướcdịchbởiĐoànHiệp

• Giớithiệu
• Độngcơbiếntừtrở
• Độngcơđơncực
• Độngcơhaicực
• Độngcơnhiềupha

Giớithiệu
Độngcơbướcđượcchialàmhailoại,namchâmvĩnhcửuvàbiếntừtrở(cũngcó
loạiđộngcơhỗnhợpnữa,nhưngnókhôngkhácbiệtgìvớiđộngcơnamchâm
vĩnh
cửu).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 cử
u dường như có các nấc khi bạn dùng 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b
ởisựgiảmtừtínhtrongrotor).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,độ
ng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.
Độngcơbướcphongphúvềgóc
quay.Cácđộngcơkémnhấtquay90độmỗi
bước,trongkhiđócácđộngcơnamchâmvĩnhcửuxửlýcaoth ườngquay1.8
độđến0.72độmỗibước.Vớimộtbộđiềukhiển,hầuhế
tcácloạiđộngcơnam

châmvĩnhcửuvàhỗnhợpđềucóthểchạyởchếđộnửabước,vàmộtvà ibộ
điềukhiểncóthểđiềukhiểncácphânbướcnhỏhơnhay
còngọilàvibước.
Đốivớicảđộngcơnamchâmvĩnhcửuhoặcđộngcơbiếntừtrở,nếuchỉmột
mấucủađộngcơđượckích,rotor(ởkhôngtải)sẽnhảyđến
mộtgócc ốđịnhvà
sauđógiữnguyênởgócđóchođếnkhimomentxoắnvượt quagiátrịmoment
xoắngiữ(holdtorque)củađộngcơ.
2
Độngcơbiếntừtrở
Hình1.1 
Nếumotorcủab ạncó3cuộndây,đượcnốinhưtrongbiểuđồhình1.1,vớimột
đầunốichungchotấtcảcáccuộn,thìnóchắchẳnlàmộtđộngcơbiếnt
ừtrở.
Khisửdụng,dâynốichung(C)thườngđượcnốivàocựcdươngcủanguồnvà
cáccuộnđượckíchtheothứtựliêntục.
Dấuthậptronghình1.1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.
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d ướiđây1cónghĩalàcódòng
điệnđiquacáccuộn,vàchuỗiđi
ều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
thờigian‐‐>
PhầnĐiềukhiểnmứctrungbình
cungcấpchitiếtvềphươngpháptạoracác
dãy tín hiệuđiều khiển như vậy, và phần Các mạchđiều khiển bàn về việc
đóngngắtdòngđiệnquacáccuộnđểđiề
ukhiểnđộngcơtừcácchuỗinhưthế.
Hìnhdạngđộngcơđượcmôtảtronghình1.1,quay30độmỗibước,dùngsố
răngrotorvàsốcựcstatortốithiểu.Sửdụngnhiềucực
vànhiềurănghơncho
phépđộngcơquayvớigócnh ỏhơn.Tạomặtrăngtrênbềmặtcáccựcvàcác
răngtrênrotormộtcáchphùhợpchophépcácbướcnhỏđếnvài
độ.
3
Độngcơđơncực
Hình1.2 

Độngcơbướcđơncực,cảnamchâmvĩnhcửuvàđộngcơhỗnhợp,với5,6hoặc
8dâyrathườngđượcquấnnhưsơđồhình1.2,vớimộtđầunốitrungtâmtrên
các
 cuộn. Khi dùng, cácđầu nối trung tâm thườngđược nối vào cực dương
nguồn cấp, và haiđầu còn lại của mỗi mấu lần lượt nốiđấtđểđảo chiều từ
trườngtạ
obởicuộnđó.
Sựkhácnhaugiữahailoạiđộngcơnamchâmvĩnhcửuđơncựcvàđộngcơhỗn
hợpđơncựckhôngthểnóirõtrongnộidungtómtắtcủatàiliệu
này.Từđây,
khikhảosátđộngcơđơncực,chúngtachỉkhảosátđộngcơnamchâmvĩnhcửu,
việcđiềukhiểnđộngcơhỗnhợpđơncựchoàntoàntươngtự.

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,
x
ếpxenkẽtrênvòngtròn.
Đểxử lý góc bướcởmứcđộcaohơn, rotorphảicónhiều cựcđốixứnghơn.
Độngcơ30độmỗibướctronghìnhlàmộttrongnhữngthiếtkếđộngcơ
nam
châmvĩnhcửuthôngdụngnhất,mặcdùđộngcơcóbước15độvà7.5độlàkhá
lớn.Ngườitacũngđãtạorađượcđộngcơnamchâmvĩnhcửuvớimỗibướclà

1.8độvàvớiđộngcơhỗnhợpmỗibướcnhỏnhất cóthểđạtđượclà3.6độđến
1.8độ,còntốthơnnữa,cóthểđạtđến0.72độ.
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liêntục,chúngtachỉcầnápđiệnvàohaimấucủađôngcơtheodãy.
4
Mấu1a1000100010001000100010001 Mấu1a1100110011001100110011001
Mấu1b0010001000100010001000100 Mấu1b0011001100110011001100110
Mấu2a0100010001000100010001000 Mấu2a0110011001100110011001100
Mấu2b0001000100010001000100010 Mấu2b1001100110011001100110011
thờigian‐‐>thờigian‐‐>

Nhớrằnghainửacủa
mộtmấukhôngbaogiờđượckíchcùngmộtlúc.Cảhai
dãy nêu trên sẽ quay mộtđộngcơ nam châmvĩnh cửumột bướcởmỗithời
điểm.Dãybêntráichỉcấpđiệnchom

ộtmấutạimộtthờiđiểm,nhưmôtảtrong
hìnhtrên;vìvậy,nódùngítnănglượnghơn.Dãybênphảiđòihỏicấpđiệncho
cảhaimấumộtlúcvànói
chungsẽtạoramộtmomentxoắylớnhơndãybên
trái1.4lầntrongkhiphảicấpđiệngấp2lần.
Phần Điều khiển mức trung bình trong tài liệu này sẽ cung
cấp chi tiết về
phươngpháptạoranhữngdãytínhiệuđiềukhiểnnhưvậy,cònphầnCácmạch
điều khiểnnói vềmạchđóngngắtcácmạchđiệncầnthiế
tđểđiềukhiểncác
mấuđộngcơtừcácdãyđiềukhiểntrên.
Vịtríbướcđượctạorabởihaichuỗitrênkhônggiốngnhau;kếtquả,kếthợp2
chuỗitrênchophépđi
ều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:
Mấu1a11000001110000011100000111
Mấu
1b00011100000111000001110000
Mấu2a01110000011100000111000001
Mấu2b00000111000001110000011100
Thờigian‐‐>


5
Độngcơhaicực
Hình1.3 

Độngcơnamchâmvĩnhcửuhoặchỗnhợphaicựccócấutrúccơkhígiốngy
như động cơ đơn cực, nhưng hai mấu củađộng cơ được nốiđơn giản hơn,
không cóđầu trung tâm. Vì vậy, bản thânđộng cơ thìđơn giản hơn, nhưng

mạchđiềukhiểnđểđảocựcmỗicặp cựctrongđộngcơthìphứctạphơn.Minh
hoạởhình1.3ch
ỉracáchnốiđộngcơ,trongkhiđóphầnrotorởđâygiốngy
nhưởhình1.2.
MạchđiềukhiểnchođộngcơđòihỏimộtmạchđiềukhiểncầuHchomỗimấu;
điề
unàysẽđượcbànchitiếttrongphầnCácmạchđiềukhiển.Tómlại,mộtcầu
Hchophépcựccủanguồnápđếnmỗiđầucủamấuđượcđiềukhiểnmột
cách
độclập.Cácdãyđiềukhiểnchomỗibướcđơncủaloạiđộngcơnàyđượcnêu
bêndưới,dùng+và‐đểđạidiệnchocáccựccủanguồnápđượcápvàomỗi
đầuc
ủađộngcơ:
Đầu1a+‐‐‐+‐‐‐+‐‐‐+‐‐‐++‐‐++‐‐++‐‐++‐‐
Đầu1b‐‐+‐‐‐+‐‐‐+‐‐‐+‐‐‐++‐‐++‐‐++‐‐++
Đầu2a‐+‐‐‐+‐‐‐+‐‐‐+‐‐‐++‐‐++‐‐++‐‐++‐
Đầu
2b‐‐‐+‐‐‐+‐‐‐+‐‐‐++‐‐++‐‐++‐‐++‐‐+
thờigian‐‐>
Chúýrằngnhữngdãynàygiốngnhưtrongđộngcơnamchâmvĩnhcửuđơn
cực,ởmứcđộlýthuyết,vàrằngởmứcđộ
mạchđóngngắtcầuH,hệthốngđiều
khiểnchohailoạiđộngcơnàylàgiốngnhau.
ChúýkháclàcórấtnhiềuchipđiềukhiểncầuHcómộtđầuvàođiềukhi
ểnđầu
ravàmộtđầukhác đểđiềukhiểnhướng.CóloạichipcầuHkểtrên,dãyđiều
khiểndướiđâysẽquayđộngcơgiốngnhưdãyđiềukhiểnnêuphíatrên:
6
Enable110101010101010101111111111111111
Hướng11x0x1x0x1x0x1x0x1100110011001100

Enable201010101010101011111111111111111
Hướng2x1x0x1x0x1x0x1x00110011001100110
thờigian‐‐>
Đểphânbiệtmộtđộngcơnamchâmvĩnhcửuhaicựcvớinhữngđộngcơ4dây
biếntừtr
ở,đođiệntrởgiữacáccặpdây.Chúýlàmộtvàiđộngcơnam châm
vĩnhcửucó4mấuđộclập,đượcxếpthành2bộ.Trongmỗibộ,nếuhaimấu
được
nốitiếpvớinhau,thìđólàđộngc ơhaicựcđiệnthếcao.Nếuchúngđược
nốisongsong,thìđólàđộngcơhaicựcdùngđiệnthếthấp.Nếuchúngđượcnối
tiếpvớ
imộtđầutrungtâm,thìdùngnhưvớiđộngcơđơncựcđiênthếthấp.

Độngcơnhiềupha
Hình1.4 
Mộtbộphậncácđộng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1.4.Thiếtkế
phổbiếnnhấtđốivớiloạinàysửdụngdâynối3phavà5pha.
Bộđiềukhiểncần½c ầuHchomỗimộtđầuracủađộngcơ,nhưngnhữngđộng
c
ơ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:
7
Đầu1+++‐‐‐‐‐+++++‐‐‐‐‐++
Đầu2‐‐+++++‐‐‐‐‐+++++‐‐‐
Đầu3+‐‐‐‐‐+++++‐‐‐‐‐++++

Đầu4+++++‐‐‐‐‐+++++
‐‐‐‐‐
Đầu5‐‐‐‐+++++‐‐‐‐‐+++++‐
thờigian‐‐>
Ởđây,giốngnhưtrongtrườnghợpđộngcơhaic ực,mỗiđầuhoặcđượcnốivào
cựcdươnghoặccựcâm
củahệthốngcấpđiệnđộngcơ.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(b
ởi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đềnghịnhư
hình1.4,dãyđiềukhiể
nsẽđiềukhiểnđộngcơquay2vòng.
Đểphânbiệtđộngcơ5phavớicácloạiđộngcơcó5dâydẫnchính,cầnnhớ
rằng,nếuđiệntrởgiữa2đầuliêntiếpcủa
mộtđộngc ơ5phalàR,thìđiệntrở
giữahaiđầukhôngliêntiếpsẽlà1.5R.
Vàcũngcầnghinhậnrằngmộtvàiđộngcơ5phacó5mấuchia,với10đầudây
d
ẫnchính.Nhữngdâynàycóthểnốithànhhìnhsaonhưhìnhminhhoạtrên,sử
dụngmạchđiềukhiểngồm5nửacầuH,nóicáchkhácmỗimấucóthểđược
điềukhiểnb
ởimộtvòngcầuHđầyđủcủanó.Đểtránhviệctínhtoánlýthuyết
vớicáclinhkiệnđiệntử,cóthểdùngchipmạchcầutíchhợpđầyđủđểtính
toángầnđúng.
8
Tómtắtchương
Quachươngnày,cácbạnđãcóthểphânbiệtcácloạiđộngcơnhưđộngcơbiến
từtrở,độngcơđơncực,độngcơhaicực,vàđộngcơnhiềuphadựavàocảm
nhậnbằng

taykhiquayrotorvàdùngOhmkế.
Việcphânbiệtcáccặpđầuracủacáccuộndâycũngcóthểsuyratừviệcdùng
Ohmkếđểđocácđầudây.Tuynhiên,việcxácđịnhcặpdây
racủatừngcuộn
dâytrongđộngcơđơncựchơikhókhănhơnmộtchút.
Đểphânbiệthaicặpdâycủađộngcơđơncực5dây,trướctiênchúngtadùng
Ohmkếđểxácđịnh
dâynốitrungtâm.Ápđiệnápxoaychiềuvàodâytrung
tâmvàmộttrong4dâycònlại.DùngVoltkếxoaychiềuđođiệnápgiữadâynối
trungtâmvà3dâycònlại.Chúngtas
ẽthấyrằngđiệnápgiữadâytrungtâm
với2trong3dâycònlạiđógầnnhưbằngkhông,vàvớidâythứbathìgầnnh ư
bằngđiệnápxoaychiềuápvàođộngcơ
.Nhưvậy,haidâychođiệnápgầnbằng
0làmộtcặp,haidâycònlạisẽlàcặpthứhai.
Lờikhuyên:

‐ KhidùngOhmkếđểđo,nhớghichúvàvẽngaylạicáchnốidâytrong
độngcơđểtránhnhầmlẫnvềsau
‐ Cácdâynốitrungtâmluônđượcnốivớinguồndươngtrongmạchđiều

khiển(kểcảđộngcơbiếntừtrởvàđộngcơđơncực)
‐ Điệnápxoaychiềudùngđểphânbiệtcáccặpdâytrongđộngcơđơncực
phảiđủnhỏđểkhônglàmhưđộngcơ.Điệnápđỉnh
củadòngxoaychiều
phảinhỏhơnđiệnápngưỡngcủađộngcơ.Thôngthường,vớiđộngcơ
24VDC,và12VDCtôithườngdùng9VACvà6VACđểthínghiệm.
‐ Luônghinhớrằngđộngcơbướ
clàđộngcơđiệnmộtchiều


Bàitập:

Tựviếtra(hoặclàmthínghiệmthựctế)tấtcảcáctrườnghợpđểphânbiệttấtcả
cácloạiđộngcơkểtrênvàphânbiệtcácdâynốiđộngcơcủatừngloạ
ikhichỉcó
OhmkếvàVoltkế.
Làmthếnàođểbiếtđiệnápngưỡngcủađộngcơmìnhđangcó?
9
Trangnàybỏtrốngđểghichú