Báo cáo Tốt nghiệp : Thiết kế mạch điều khiển động cơ bước potx


Giáo viên hướng dẫn : TS.Trần Văn Thịnh

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Hùng

Lớp : Thiết bị điện – điện tử 1 - K52

MSSV : 20071415
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
1
Đề tài : Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
•
Động cơ Nema size 14 – 3518X-08, điện áp 24V DC dòng điện 0,35A,
mômen 0,05Nm, R
f
= 8,5Ω, L
f
= 5,8mH, góc bước 1,8
0
•
Điều khiển bước và điều khiển quay không đảo chiều
2
Đề tài : Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
Động cơ bước
Chương I : GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ
BƯỚC
Chương I : GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ
BƯỚC
Chương II : ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ BƯỚC

TRONG CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG RỜI
RẠC
Chương II : ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ BƯỚC
TRONG CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG RỜI
RẠC
Chương III : CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU
KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC
Chương III : CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU
KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC
Chương IV : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU
KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC
Chương IV : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU
KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC
3
Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
Chương I : GIỚI THIỆU
VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC
1 . Giới thiệu chung
1 . Giới thiệu chung
2. Nguyên lý hoạt động
2. Nguyên lý hoạt động
3. Cấu tạo và phân loại
3. Cấu tạo và phân loại
4. Ưu điểm và nhược điểm của động
cơ bước
4. Ưu điểm và nhược điểm của động
cơ bước
5. Giới thiệu về động cơ bước NEMA
size 14-3518X-08
5. Giới thiệu về động cơ bước NEMA

size 14-3518X-08
4
Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
Giới thiệu chung
1 xung bằng 1 bước Số xung bằng số bước
5
Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
Nguyên lý hoạt động
Sơ đồ nguyên lý hoạt động Xung điện áp
Xung 1 cực Xung 2 cực
6
Cấu tạo và phân loại
Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
•
Cấu tạo : gồm 2 bộ phận chính là : roto và stato
•
Phân loại
Động cơ bước nam châm vĩnh cửu
Động cơ bước nam châm vĩnh cửu
Động cơ bước có từ trở thay đổi
Động cơ bước có từ trở thay đổi
Động cơ bước kiểu hỗn hợp
Động cơ bước kiểu hỗn hợp
7
Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
Ưu điểm và nhược điểm của động cơ bước
Ưu điểm và nhược điểm của động cơ bước
•
Ưu điểm :
•

Ưu điểm :
+ ) Mô men ở chế độ giữ lớn
+ ) Điều khiển dễ dàng, chính xác, động cơ bước có độ chính xác 3-5 %
của mỗi bước và không tích lũy sai số sang bước tiếp theo
+ ) Dễ dàng khởi động, dừng và đảo chiều quay của động cơ
+ ) Chế tạo động cơ đơn giản, ít tốn kém, dễ điều khiển
+ ) Tốc độ quay tỉ lệ tần số xung đầu vào.
•
Nhược điểm :
•
Nhược điểm :
+ ) Rất khó để hoạt động ở tốc độ cao.
+ ) Cần phải chế tạo bộ điều khiển,nên tốn chi phí.
8
Giới thiệu về động cơ bước NEMA size 14-3518X-08
Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
Các đầu dây của động cơ
Các đầu dây của động cơ
9
Đề tài : Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
Chương II :
ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ BƯỚC TRONG CÁC HỆ
TRUYỀN ĐỘNG RỜI RẠC
10
Đề tài : Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
Chương III :
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG CƠ BƯỚC
Ba chế độ điều khiển động cơ bước

Ba chế độ điều khiển động cơ bước
Các đặc trưng của tín hiệu điều khiển động
cơ bước
Các đặc trưng của tín hiệu điều khiển động
cơ bước
Điều khiển tốc độ quay của động cơ bước
Điều khiển tốc độ quay của động cơ bước
Điều khiển chiều quay của động cơ bước
Điều khiển chiều quay của động cơ bước
11
Đề tài : Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
Ba chế độ điều khiển động cơ bước
Ba chế độ điều khiển động cơ bước
1 2
2 2
1 2 1 2
F +F .cosα
cosβ=
F +F +2.F .F .cosα
Từ tam giác OAB, OAC và OAD ta có :
α
β
C
F
2
F
A
F
1
O

D
B
Giản đồ nguyên lý các lực điện từ khi
điều khiển ở chế độ vi bước.
Điều khiển cả bước
Điều khiển cả bước
Điều khiển nửa bước
Điều khiển nửa bước
Điều khiển vi bước
Điều khiển vi bước
12
Đề tài : Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
Các đặc trưng của tín hiệu điều khiển động cơ bước
Các đặc trưng của tín hiệu điều khiển động cơ bước
Đối với động cơ bước, tín hiệu điều khiển là các xung rời rạc kế tiếp nhau. Việc điều khiển
động cơ bước phụ thuộc vào các tham số sau của xung điều khiển:
•
Dòng điện I, kể cả cực tính (và liên hệ mật thiết với nó là mức điện áp U)
•
Độ rộng xung (liên quan đến khả năng dịch bước)
•
Tần số xung (liên quan đến tốc độ quay).
•
Cách thức cấp xung, bao gồm thứ tự và số lượng cuộn dây pha được cấp (liên quan
đến chiều quay và mô men tải).
Tùy thuộc vào việc cấp xung điện, động cơ bước có bốn trạng thái sau đây:
•
Trạng thái không hoạt động
•
Trạng thái giữ

•
Trạng thái dịch chuyển bước
•
Trạng thái quay quá giới hạn
13
Điều khiển tốc độ quay của động cơ
bước
Điều khiển tốc độ quay của động cơ
bước
Đề tài : Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
Động cơ bước có thể quay với bất kỳ tốc độ
nào trong giải từ 0 vòng/phút đến giá trị cực
đại cho phép.
Động cơ bước có thể quay với bất kỳ tốc độ
nào trong giải từ 0 vòng/phút đến giá trị cực
đại cho phép.
Thay đổi tần số
dịch bước f
Điều khiển chiều quay của động cơ
bước
Điều khiển chiều quay của động cơ
bước
Động cơ 1 chiều
Động cơ 1 chiều
Động cơ bước
Động cơ bước
14
Đề tài : Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước

Chương IV : THIẾT KẾ

MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG
CƠ BƯỚC
Thiết kế mạch tạo xung điều khiển động
cơ bước
Thiết kế mạch tạo xung điều khiển động
cơ bước
Thiết kế mạch công suất điều khiển động
cơ bước
Thiết kế mạch công suất điều khiển động
cơ bước
Mạch điều khiển động cơ bước hoàn chỉnh
Mạch điều khiển động cơ bước hoàn chỉnh
15
Giới thiệu về dạng xung điều khiển động cơ bước
Giới thiệu về dạng xung điều khiển động cơ bước
Đề tài : Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
Dạng xung điều khiển động cơ 2 pha
Dạng xung điều khiển động cơ 2 pha
Dạng xung điều khiển động cơ 4 pha
Dạng xung điều khiển động cơ 4 pha
Giản đồ xung điều
khiển cả bước động
cơ 4 pha
Giản đồ xung điều
khiển nửa bước động
cơ 4 pha
Giản đồ xung điều
khiển nửa bước động
cơ 2 pha
Giản đồ xung điều

khiển cả bước động
cơ 2 pha
Thiết kế mạch tạo xung điều khiển động cơ bước
Thiết kế mạch tạo xung điều khiển động cơ bước
16
Các mạch tạo xung cơ bản
Các mạch tạo xung cơ bản
Đề tài : Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
Mạch tạo xung dùng vi xử lý IC
89C51
Mạch tạo xung dùng vi xử lý IC
89C51
Mạch tạo xung dùng vi mạch
giải mã IC 4017
Mạch tạo xung dùng vi mạch
giải mã IC 4017
Mạch tạo xung dùng IC chuyên
dụng IC L297
Mạch tạo xung dùng IC chuyên
dụng IC L297
17
Đề tài : Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
Mạch tạo xung dùng vi xử lý IC 89C51
Mạch tạo xung dùng vi xử lý IC 89C51
Mạch mô phỏng
Mạch mô phỏng
Ưu điểm và nhược điểm
Ưu điểm và nhược điểm
Mạch tạo xung dùng vi mạch giải mã IC
4017

Mạch tạo xung dùng vi mạch giải mã IC
4017
Mạch mô phỏng
Mạch mô phỏng
Ưu điểm và nhược điểm
Ưu điểm và nhược điểm
18
Đề tài : Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
Mạch tạo xung dùng IC chuyên dụng IC L297
Mạch tạo xung dùng IC chuyên dụng IC L297
Mạch mô phỏng
Mạch mô phỏng
R
4
DC
7
Q
3
GND
1
VCC
8
TR
2
TH
6
CV
5
U4
555

+5V
C2
104uF
R1
100
38%
RV1
10k
C1
10u
HALF/FULL
19
CW/CCW
17
CLOCK
18
HOME
3
RESET
20
A
4
B
6
C
7
D
9
INH1
5

INH2
8
ENABLE
10
SYNC
1
CONTROL
11
OSC
16
VREF
15
SENS1
14
SENS2
13
VCC
12
GND
2
U1
L297
GND
+5V
C3
3n3
R2
22k
+5V
GND

R3
2k2
R4
10k
+5V
R5
1k
R6
1k
R7
1k
A
B
C
D
A
B
C
D
Dạng xung điều khiển
Dạng xung điều khiển
19
Đề tài : Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
Ưu điểm và nhược điểm
Ưu điểm và nhược điểm
Lựa chọn mạch tạo xung điều khiển động cơ bước
Lựa chọn mạch tạo xung điều khiển động cơ bước
Mạch tạo xung điều khiển động cơ bước dùng IC chuyên dụng IC L297
Mạch tạo xung điều khiển động cơ bước dùng IC chuyên dụng IC L297
Mạch tạo xung dùng IC chuyên dụng IC L297

Mạch tạo xung dùng IC chuyên dụng IC L297
20
Đề tài : Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
Thiết kế mạch công suất điều khiển động cơ bước
Thiết kế mạch công suất điều khiển động cơ bước
Nhận xét
Nhận xét
Ưu điểm của việc ghép nối IC L297 và IC L298
điều khiển động cơ bước
Ưu điểm của việc ghép nối IC L297 và IC L298
điều khiển động cơ bước
Mạch công suất sử dụng IC L298
Mạch công suất sử dụng IC L298
21
Đề tài : Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước
R
4
DC
7
Q
3
GND
1
VCC
8
TR
2
TH
6
CV

5
U4
555
+5V
C1
10u
HALF/FULL
19
CW/CCW
17
CLOCK
18
HOME
3
RESET
20
A
4
B
6
C
7
D
9
INH1
5
INH2
8
ENABLE
10

SYNC
1
CONTROL
11
OSC
16
VREF
15
SENS1
14
SENS2
13
VCC
12
GND
2
U1
L297
GND
+5V
C2
3n3
R2
22k
+5V
GND
R3
2k2
R4
10k

+5V
R5
10k
R6
10k
R7
10k
IN1
5
IN2
7
ENA
6
OUT1
2
OUT2
3
ENB
11
OUT3
13
OUT4
14
IN3
10
IN4
12
SENSA
1
SENSB

15
GND
8
VS
4
VCC
9
U2
L298
R9
0.5Ohm
R8
0.5Ohm
C3
100n
C5
100n
+120V
D1
1N4007
D3
1N4007
D5
1N4007
D7
1N4007
D2
1N4007
D4
1N4007

D6
1N4007
D8
1N4007
C4
470u
C9
100n
R1
100
9%
RV1
10k
+88.8
SW1
SW -SPST
SW2
SW -SPST
Mạch điều khiển động cơ bước hoàn chỉnh
Mạch điều khiển động cơ bước hoàn chỉnh
22
EM XIN CHÂN THÀNH
CẢM ƠN!
23