nghiên cứu ,chế tạo mạch điều khiển tốc độ động cơ bước và đảo chiều động cơ

ĐỒ ÁN 3 : THIẾT BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Giáo viên hướng dẫn: BÙI THỊ KIM THOA
Nhóm sinh viên thực hiện: 1.Nguyễn Đức Mạnh
2.Nguyễn Đức Minh
3.Nguyễn Văn Thao
Khóa : 2009-2013
Nghành đào tạo : Điện-Điện tử
Tên đề tài: nghiên cứu ,chế tạo mạch điều khiển tốc độ động cơ bước và
đảo chiều động cơ
Thời lượng: 2 tín chỉ
Thời gian thưc hiện: 8 tuần
Nội dung cần hoàn thành:
1. Lập kế hoạch thực hiện và báo cáo theo đúng tiến độ.
2. Nghiên cứu ứng dụng thực tế của thiết bị, đề ra phương án thiết kế, chế tạo.
3. Giới thiệu thông số, ứng dụng của các phần tử trong mạch.
4. Tính toán, lựa chọn các linh kiện.
5. Quy trình thưc hiện chế tạo hoàn thiện.
6. Quyển thuyết minh và các bản vẽ, Folie mô tả đầy đủ nội dung đề tài.

Page 1
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
Lời nói đầu
Hiện nay nghành kỹ thuật điện –điện tử đóng vai trò rất quan trọng trong
thực tiễn ứng dụng cuộc sống .bộ môn công nghệ điện –điện tử được đưa vào
giảng dạy rộng rãi ở các trường đại học kỹ thuật trong cả nước ,tuy nhiên
những ứng dụng của kỹ thuật điện –điện tử vẫn chưa được khai thác triệt để
trong nước .và một trong những ứng dụng quan trọng đó là ứng dụng của điều
khiển động cơ bước ,nó sử dụng rộng rãi đặc biệt là trong các nghành kĩ thuật

như tự động hóa ,điều khiển robot . trong quá trình tham gia học tập tại trường
ĐHSPKT Hưng Yên được sự chỉ đạo của nhà trường của khoa điện –điện tử
,đặc biệt là sự chỉ đạo ,hướng dẫn trực tiếp của cô giáo giao cho đề tài đồ án
môn học :”mạch điều khiển tốc độ động cơ bước và đảo chiều quay động
cơ “.Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu đến nay chúng em đã hoàn
thành đề tài của mình
Nội dung đề tài thực hiện gồm những phần sau :
1.phân tích một số linh kiện điện tử cơ bản
2.phân tích sơ đồ
3.thiết kế và chế tạo đảm bảo yêu cầu :
Trong nội dung đề tài này chỉ trình bày phương pháp thiết kế dựa trên cơ
Sở lý thuyết . với kiến thức còn hạn chế ,kinh nghiện chưa
Tích lũy được nhiều nên không tránh khỏi thiếu sót .Rất mong được sự
Đóng góp ý kiến của thầy giáo ,cô giáo và các bạn để đề tài của chúng
Em được hoàn thiện hơn
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
Page 2
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Giáo viên
BÙI THỊ KIM THOA

Page 3
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh

3. Nguyễn Văn Thao
Hưng yên . ngày …tháng…năm …

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2
Nhận xét của giáo viên 3
Lí do chọn đề tài 5
Mục tiêu chọn đề tài 5
Kế hoạch thực hiện đề tài 5
PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỘT SỐ LOẠI LINH KIỆN ĐIỆN
TỬ DÙNG TRONG MẠCH
1. Điện trở 6
2.Biến trở 10
3. Tụ điện 11
4.Diode 13
5.IC Ne555 74192.74138,7414 và tip 41 17
6.Động cơ bước 24
PHẦN 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA
MẠCH.
1. Thiết kế mạch 29
2. Nguyên lí hoạt động 32
PHẦN 3 : KẾT LUẬN 34

Page 4
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
MỞ ĐẦU

1.1Lý do chọn đề tài
-Mạch điều khiển động cơ bước là sự kết hợp của môn học kĩ thuật số
và truyền động điện . sơ đồ mạch khá là đơn giản . những phần tử trong mạch
được bán rất nhiều trên thị trường , giá thành rẻ và đặc biệt ứng dụng của mạch
là rất cao
Mạch điều khiển 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
1. 2 Mục tiêu của đề tài
-Tìm hiểu nguyên lý, chức năng và tác dụng của động cơ bước .
-Tìm hiểu được các chức năng, tác dụng của cá linh kiện thiết bị điện tử.
-Hoàn thành sản phẩm là mạch điều khiển động cơ bước :quay thuận ,quay
nghịch và quay nhanh ,quay chậm .
-Rèn luyện cho sinh viên cách tự học, đi đôi với thực hành và khả năng
Làm việc theo nhóm
1.3Kế hoạch thực hiện
-Bước 1: Tìm hiểu lý thuyết chung của mạch điều khiển động cơ bước .
Bao gồm nguyên tắc hoạt động của mạch và một số mạch để đưa ra lựa chọn
tốt cho đề tài làm đồ án.
-Bước 2: Tìm hiểu về các linh kiện, thiết bị điện tử sử dụng trong mạch
trên , từ đó tính toán lựa chọn các linh kiện, thiết bị đạt yêu cầu sử dụng trong
mạch.
-Bước 3: Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm vẽ mạch professional,Eagle
4.14 từ đó đưa ra cách vẽ mạch điều khiển động cơ bước và hoàn thành bản
mạch in của mạch .

Page 5
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
-Bước 4: Sau đã có bản mạch in tiến hành thi công hoàn thành sản phẩm
Phần 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỘT SỐ LOẠI LINH
KIỆN ĐIỆN TỬ
1. ĐIỆN TRỞ
- Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu có một vật dẫn điện
tốt thì điện trở nhỏ và ngược lại vật cách điện có điện trở cực lớn.
- Điện trở của dây dẫn là sự phụ thuộc vào chất liệu và tiết diện của dây dẫn
được tính theo công thức:
R = .
Trong đó: R là điện trở. Đơn vị là Ω
là điện trở suất.
L là chiều dài dây dẫn.
S là tiết diện của dây.
b) Điện trở trong thực tế và trong các mạch điện tử.
* Hình dáng và ký hiệu: Trong thực tế điện trở là một loại linh kiện điện tử
không phân cực, nó là một linh kiện quan trọng trong các mạch điện tử, chúng
được làm từ hợp chất của cacbon và kim loại và được pha theo tỷ lệ mà tạo ra
các con điện trở có điện dung khác nhau.
Hình dạng điện trở trong các sơ đồ mạch điện tử.

Đơn vị đo bằng Ω, KΩ, MΩ.
1MΩ = 1000 KΩ = 1000000Ω
Page 6
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh

2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
2.Biến trở
2.1. khái ni ệm
-Biến trở là loại điện trở có thể thay đổi trị số theo yêu cầu ,thường gọi
là chiết áp ,có 2 loại đó là biến trở dây quấn và biến trở than .
Biến trở dây quấn :dùng dây dẫn có điện trở suất cao ,đương kính nhỏ ,quấn
theo kiểu lõi cách điện bằng sứ hay nhựa tổng hợp hình vòng cung 270 độ .haai
đầu hàn với hai cực dẫn điện A và B
2.2. hình dạng thực tế

Page 7
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
Cấu tạo của biến trở
3.TỤ ĐIỆN
3.1. Khái niệm
-Tụ điện là một loại linh kiện thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong
các mạch điện tử, có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng từ trường.
-Kí hiệu là C
Biểu thức xác định: Z
c
=
Cfj .2.
1
Π
=
Xcj.

1
Đơn vị tính: Fara (F).
3.2. Hình dạng và trị số của tụ điện
1. tụ gốm

2.tụ hóa
Page 8
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao

3.3. Phân loại tụ điện
- Có rất nhiều phương pháp phân loại, ở đây ta phân loại dựa trên cơ sở
chất chế tạo bên trong tụ diện thì có các loại sau :
- Nhóm tụ mica, tụ selen, tụ cemamic nhóm này làm việc ở khu vực tần
số cao tần.
- Nhóm tụ sứ, sành.giấy dầu: nhóm này hoạt động ở khu vực tần số trung
bình.
- Tụ hóa làm việc ở khu vực tần số thấp.
3.4. Đặc điểm của tụ điện
- Dùng để tích điện, và xả điện, chỉ cho tín hiệu xoay chiều đi qua, ngăn
dòng một chiều.
- Khả năng nạp, xả điện nhiều hay ít phụ thuộc vào điện dung C của tụ.
- Đơn vị đo điện dung của tụ ở mạch: pF(picro Fara),nF(nano Fara),
(micro Fara). điện tử gồm
- Khi sử dụng tụ phải quan tâm đến hai thông số :
Điện dung: Cho biết khả năng chứa điên của tụ.
Page 9
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa

Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
Điện áp: cho biết khả năng chịu đựng của tụ.
- Ghép nối tiếp
- Ghép tụ song song
- Ghép tụ hóa nối tiếp thì dương tụ này vào âm tụ kia, song song thì nối
cùng cực.
4.DIODE
4.1 – Tiếp giáp P – N và Cấu tạo của Diode bán dẫn.
Khi
đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo
một tiếp giáp P – N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm
: Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán
sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion
trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa
hai chất bán dẫn.
Mối tiếp xúc P – N => Cấu tạo của Diode .
* Ở hình trên là mối tiếp xúc P – N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn.
Page 10
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn.
4.2 - Phân cực thuận cho Diode.
Khi
ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P ) và điện áp âm (-)
vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tác dụng tương tác của điện
áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt

0,6V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thì diện
tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện. Nếu
tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh
lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V )
Diode (Si) phân cực thuận – Khi Dode dẫn
điện áp thuận đựơc gim ở mức 0,6V
Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode
* Kết luận : Khi Diode (loại Si)
được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận < 0,6V thì chưa có
dòng đi qua Diode, Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V thì có dòng đi qua
Diode sau đó dòng điện qua Diode tăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn giữ
ở giá trị 0,6V .
4.3 – Phân cực ngược cho Diode.
Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vào Katôt (bán
dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp
ngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua
Page 11
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
mối tiếp giáp, Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớn
khoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng.
Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V
4.4 – Phương pháp đo kiểm tra Diode
Page 12
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao

Đo kiểm tra Diode
• Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω , đặt hai que đo vào hai đầu Diode, nếu :
• Đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim lên, đảo
chiều đo kim không lên là => Diode tốt
• Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập.
• Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt.
• Ở phép đo trên thì Diode D1 tốt , Diode D2 bị chập và D3 bị đứt
• Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là
Diode bị dò.

5.IC
5.1. Ic NE555

Page 13
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao

*Ic NE555 gồm có 8 chân.
-Chân số 1(GND):cho nối mát để cấp dòng cho IC
-Chân số 2 (trigger) :ngõ vào của một tần số áp .mức áp chuẩn là 2/3*vcc
-Chân số 3(outpt):ngõ ra .trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo mức áp cao
(gần bằng mức áp chân 8) và thấp (gần bằng mức áp chân số 1 ).
-Chân số 4(reset):dung làm định mức trạng thái ra .khi chân số 4 nối mát thì
ngõ ra ở mức thấp .khi chân 4 ở mức cao thì trạng thái ngõ ra theo điện áp chân
số 2 và 6 .
-Chân số 5 :dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555theo các mức
biến áp ngoài hay dunhf điện trở ngoài cho nối mát .tuy nhiên hầu hết các mạch
điện chân số 5 nối qua 1 tụ không phân cực 0.01uf-0,1uf, các tụ có tác dụng lọc

bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn và luôn ổn định
-Chân số 6:là ngõ và cưa 1 tầng so áp khác .mức áp chuẩn là Vcc/3.
-Chân số 7 :có thể xem như là một khóa điện và chịu điều khiển bởi tầng
logic .khi chân số 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại ,ngược lại thì nó mở ra
.chân số 7 tự nạp xả điện cho mach R –C như 1 tầng dao động
-Chân số 8 (Vcc):cấp nguồn nuôi Vcc để cấp nguồn nuôi IC .nguồn nuôi
cho IC555 trong khoảng từ +5v-+15v.
5.2.Ic 74192
a) Sơ đồ nguyên lý::
Page 14
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao

D0
15
Q0
3
D1
1
Q1
2
D2
10
Q2
6
D3
9
Q3

7
UP
5
TCU
12
DN
4
TCD
13
PL
11
MR
14
U1
74HC192
b) Giải thích sơ đồ:
IC 74192 là IC tích hợp đếm 10.
Chân 16 nối nguồn 5V, chân 8 nối mass
IC có một chân đếm tiến và một chân đếm lùi. Chân 5 là chân quay
thuận , chân 4 là chân quay ngược . Khi đưa xung Clk vào chân 5 và chân 4
nối dương nguồn thì bộ đếm sẽ quay thuận . Và ngược lại khi đưa xung vào
chân 4 và chân 5 nối dương nguồn thì IC sẽ quay ngược
Khi ta gạt Switch 1 thi đầu vào Down luôn ở mức 1, lúc này bộ đếm sẽ
quay thuận . Khi ta gạt Switch 2 thì đầu vào UP luôn ở mức 1, bộ đếm sẽ thực
hiện quay ngược
Các chân 1, 9, 10, 15 là các đầu vào số liệu A, B, C, D ( hoặc gọi là đầu
vào đặt trước). Theo thứ tự từ A đến D thì A là bít có trọng số nhỏ nhất ( 2
0
) và
D là bít có trọng số lớn nhất (2

3
).
Các chân 2, 3, 6, 7 là các đầu ra ( Q
0
có trọng số nhỏ nhất)
Chân 11 là chân
Load
tích cực thấp để điều khiển nạp số liệu đặt trước
vào IC. Khi cho
Load
= 0 các giá trị đặt ở A, B, C, D tương ứng sẽ chuyển ra
Page 15
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
các đầu ra Q
A
, Q
B
, Q
C
, Q
D
. Sau khi nạp phải chuyển
Load
sang mức logic 1 thì
bộ đếm mới hoạt động được.
Chân 14 là chân CLR để xoá nội dung bộ đếm. Khi CLR = 1 thì bộ đếm
bị xoá, để bộ đếm có thể đếm được thì CLR phải ở mức 0.

Chân 12, 13 là đầu ra
CO
,
BO
. Khi đếm ngược thì
OC
luôn bằng 1 (vì
UP = 1), còn đầu ra
BO
chỉ nhảy từ 1 xuống 0 khi nội dung bộ đếm giảm
xuống đến 0 và không có xung đếm ở đầu vào Down. Lúc đếm thụân thì
ngược lại đầu
BO
luôn bằng 1, đầu ra
OC
chỉ nhảy từ 1 xuống 0 khi bộ đếm đã
đạt đến dung lượng của nó N
Max
( N
Max
= 9 với 74192, và N
Max
= 15 với 74193)
và không có xung ở đầu vào UP.
5.3.Ic74138
-Ic 74138 là Ic giải mã địa chỉ 3 sang 8
-Ic 74138 là IC phân kênh. Nó có 3 đường địa chỉ, một đường vào và 8
đường ra.
Để điều khiển quá trình chuyển mạch này ta cần 3 điều điều khiển là A,B,C (2
mũ 3 = 8). Với mỗi giá tri ABC khác nhau (000,001,010, ) sẽ ấn định liên tục

giá trị đọc
-Ic 74138 là decoder dựa vào các tổ hợp input A,B,C lúc tích cực thì ngõ ra
tương ứng sẽ tích cực (ở đây là tích cực mức 0). Các chân G1, G2A, G2B là
các chân enable của con 74LS138, do tính chất của các chân này là G1 tích cực
mức cao và 2 chân kia tích cực mức thấp nên nếu không thỏa thì dù A,B,Ccó là
gì thì ngõ ra vẫn không tích cực (mức 1)
- 8 đầu ra tương ứng của IC là các chân từ (Y1,Y2-…….Y7)
- Chân 8 (gnd)cấp nguồn âm .
-Chân 16( Vcc ) cân cấp nguồn dương .điện áp chuẩn là +5v.
Page 16
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
Page 17
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
5.4. Ic7414

-Ic 7414 đều là cổng NOT, tuy nhiên 7414 là loại chuyển mạch trigger, tức
là chỉ chuyển trạng thái khi điện áp vượt ngưỡng điện áp cho phép.
Triger sử dụng trong một trường hợp tiêu biểu như sau:
-Ic thường nhận hai kiểu tín hiệu là mức 0 tương đương với điện áp 0V,
và mức 1 là điện áp 5V.
Nhưng nếu điện áp đầu vào là điện áp giao động, thường là một giá trị giữa 0V
và 5V thì sẽ không biết IC xử lý theo mức 1 hay là mức 0. Vì vậy để đảm bảo
việc xử lý tín hiệu đầu vào tốt hơn, các IC kiểu trigger sẽ đặt ra hai điện áp
giới hạn trên và dưới, ví dụ giới hạn trên là 3.5V và giới hạn dưới là 0.8V.

Nếu trước đó, IC đang hiểu tín hiệu đầu vào là mức 0, thì IC chỉ chuyển sang
hiểu tín hiệu đầu vào là mức 1 khi điện áp vượt qua giới hạn trên là 3.5 V. Và
lúc này, muốn IC hiểu tín hiệu đầu vào là mức 0, thì điện áp phải hạ xuống
dưới giới hạn dưới, tức là dưới 0.8V thì IC mới công nhận tín hiệu đó là ở mức
0.
5.5.Tip 41
-Tip41 là Transistor loai npn được kích mở khi có điện áp tương đương tác
động vào cực B,khi đó dòng điện đi từ cực C tới E loại này thì điện áp đến cực B tỉ
lệ thuận với dòng điện đầu ra . Nó được ví như van thường đóng khi chưa co áp ở
cực B thì nó đóng hoàn toàn ! khi có áp nó sẽ mở và dòng C-E tăng dần tỉ lệ theo
áp cực B đến mức bão hòa thì không tăng nữa
Tóm lại npn mở khi có áp ở cực B và áp cực B tỉ lệ thuận với dòng C-E
Page 18
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
Hình ảnh về tip 41


6 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cơ bước
-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.
-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.

6.1 hoạt động
- Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo
từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học. Chúng làm việc
nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ
tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần
chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ
tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.
6.2 ứng dụng
Page 19
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
-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
6.3 phân loại
-Về cơ bản có 3 loại động cơ bước: loại từ trở biến đổi (Variable
Reluctance), loại nam châm vĩnh cửu (permanent magnet) và loại lai (hybrid).
Chúng khác nhau ở cấu tạo trong việc dùng các rotor nam châm vĩnh cửu
và/hoặc lõi sắt với các lá thép stato.
Loại có từ trở biến đổi (Variabke Reluctance)

-Thông thường có 3 hoặc 4 cuộn dây được nối chung một đầu. Đầu
chung đựơc nối với nguồn dương, các đầu cũn lại cho thụng với đất để quay
Rotor. Cả Stator và Rotor đều có răng. Rotor được làm bằng vật liệu dẫn từ (sắt
non) có từ trở thay đổi theo góc quay
-Chiều quay của động cơ không phụ thuộc vào chiều dũng điện mà chỉ
phụ thuộc vào thứ tự cấp điện cho các cuôn dây.
-Loại động cơ này có số bước lớn, tần số làm việc cao, chuyển động êm nhưng
mômen đồng bộ nhỏ.
Loại lai (Hybrid).
-Loại động cơ này về cấu tạo giống với động cơ bước kiểu đơn cực. Tuy
nhiên chỉ có 4 đầu ra. So với động cơ kiểu đơn cực thỡ loại này khụng cú hai
đầu ra ở điểm giữa mỗi cuộn dây (xem hình 3-8a, chú ý đến chiều quấn dây).
Ưu điểm của động cơ bước loại này là dòng điện chạy qua cả cuộn dây (cuộn 1,
cuộn 2) vỡ vậy tạo được mômen lớn. Tuy nhiên mạch điều khiển loại động cơ
này phức tạp hơn, chúng ta phải đảo chiều dũng điện cho các cuộn dây. Mạch
điều khiển sử dụng mạch cầu H.
Page 20
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
)
-Loại động cơ bước nam châm vĩnh cửu có rotor là một nam châm vĩnh
cửu, điều này cho phép duy trì được momen khi động cơ bị mất năng lượng cấp
vào. Động cơ bước nam châm vĩnh cửu yêu cầu công suất thấp hơn để hoạt
động. Chúng cũng có đặc tính chống rung tốt hơn. Góc bước của loại này có
nhiều mức: 60-450. Trên hình 5 là sơ đồ cấu tạo của động cư bước nam châm
vĩnh cửu với m=4 và 2p=2.
-Động cơ bước nam châm vĩnh cửu được chia thành:
+Động cơ bước đơn cực (Unipolar Stepper Motor):

+Động cơ bước lưỡng cực (Bipolar Stepper Motor)
+Động cơ bước kiểu hỗn hợp (Hybrid stepping Motor)
+Động cơ bước kiểu bối dây kép (Bifilar Stepper Motor)
-Động cơ bước đơn cực có Rotor được cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu.
Chia thành các răng N, S xen kẽ. Stator được cấu tạo bởi 2 cuộn dây bố trí trực
giao với nhau. Mỗi cuộn dây lại được chia thành 2 phần bố trí xuyên tâm đối.
Giữa các cuộn dây này có một đầu ra để nối với dương nguồn. Động cơ loại
này thường có 6 đầu ra. Đầu 1, 2 thường được nối với cực dương. Các đầu 1a,
1b, 2a và 2b được lần lượt nối đất sẽ quyết định chiều quay của động cơ. Máy
khoan
mạch in tự động sử dụng loại động cơ bước này vì động cơ có mạch điều khiển
đơn giản, điều khiển dễ dàng, rất rẻ và rất dễ mua trên thị trường.



Page 21
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
6.4 Đặc tính cơ động cơ bước và các phương pháp điều khiển.
-Tuỳ thuộc vào mô men yêu cầu trên trục động cơ và tốc độ quay mà ta
có thể áp dụng các phương pháp điều khiển khác nhau cho động cơ bước.
Trong vùng tốc độ thấp chỉ cần sử dụng phương pháp điều khiển điện áp trực
tiếp, khi đó dòng điện sẽ được giới hạn bởi chính nội trở của các cuộn dây động
cơ. Tuy nhiên tại vùng tốc độ cao, nếu tiếp tục sử dụng phương pháp này, mô
men sẽ bị giảm nghiêm trọng do tính cảm của các cuộn dây sẽ giới hạn khả
năng tăng của dòng điện . Một phương pháp thường áp dụng để cải thiện tình
hình này là sử dụng điện trở nối thêm vào các cuộn dây động cơ. Khi đó hằng
số thời gian của động cơ sẽ giảm (vì L/nR thay vì L/R) dòng điện tăng nhanh

hơn làm đặc tính cơ của động cơ cứng hơn. Tuy vậy, động cơ sẽ cần một điện
áp điều khiển lớn hơn nhiều và hơn 70% công suất nguồn nuôi sẽ toả nhiệt trên
các điện trở nối thêm này. Chính vì lí do này mà phương pháp điều khiển kiểu
băm (băm xung) thường được sử dụng nhằm nâng cao hiệu suất, tăng độ cứng
cho đặc tính cơ động cơ bước.
-Trong thực tế, phương pháp điều khiển băm xung (băm xung) được sử
dụng rất rộng rãi. Có rất nhiều phương pháp thực hiện, nhưng về cơ bản có thể
phân thành 3 loại chính như sau:
Phương pháp băm xung duy trì tần số không đổi (đây là phương pháp phổ biến
nhất) cũng được chia thành 2 loại sau đây:
a. Phương pháp băm xung pha.
b. Phương pháp băm xung có bảo vệ (inhibit băm xung).
c.Phương pháp băm xung duy trì thời gian t off không đổi .
d. Phương pháp băm xung với tần số băm xung tự do.
- Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng và mục đích sử
dụng cũng khác nhau.
Lưu ý
-Một vài lưu ý cho nhà thiết kế trong việc chế tạo hệ thống điều khiển
có sử dụng động cơ bước. Thông thường trên nhãn của một động cơ bước có
ghi 3 thông số quan trọng sau: Dòng điện định mức, điện áp cơ bản (điện áp
này bằng tích số giữa nội trở cuộn dây động cơ và dòng điện định mức), và góc
quay cho mỗi bước (thông thường là 1,8o). Hai thông số đầu tiên thực sự quan
trọng trong việc thiết kế mạch điều khiển cho động cơ bước vì ta có thể xác
định được dòng
Page 22
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
điện đặt (Uref) và điện áp nguồn cấp (yêu cầu ít nhất lớn hơn 8 lần điện áp cơ

bản).
-Vai trò của các điôt sử dụng trong mạch ở chế độ băm xung là đặc
biệt quan trọng. Vì vậy, yêu cầu phải chọn loại điôt có đặc tuyến nhanh (fast
diode) và chịu đủ dòng. Các họ điôt như 1N4001 không thoả mãn các yêu cầu
nêu trên. Một điều cần chú ý nữa khi bố trí các điôt này trong mạch là các điôt
phía dưới của mạch cầu nên được nối với đất thay vì nối với cực Emiter của các
transistor lực nhằm tránh các xung kim trên điện trở phản hồi gây nhiễu đánh
lừa bộ so sánh phát sinh trong quá trình vận hành động cơ.
-Tuỳ thuộc vào yêu cầu kinh tế, kỹ thuật mà nhà thiết kế nên chọn
phương pháp băm xung phù hợp. Chỉ huy ý rằng trong hai chế độ pha và inhibit
băm xung, chế độ inhibit băm xung làm nóng động cơ và cầu điều khiển hơn
cả, do thời gian dòng chạy qua các thiết bị công suất lớn hơn các chế độ khác.
Đối với các chế độ pha băm xung thì băm xung 1 pha ít gây phát nhiệt trên cầu
điều khiển hơn so với chế độ băm xung 2 pha.
-Đối với mạch điều khiển động cơ bước công suất vừa và lớn, các biện
pháp bảo vệ quá dòng, ngắn mạch phải được chú ý nhằm tránh những hư
hỏng không đáng có.
Page 23
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
PHẦN 2 : SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
CỦA MẠCH
1.Thiết kế mạch.
-Mạch điều khiển động cơ bước :bước thuận ,bước nghịch bước nhanh
,bước chậm gồm 3khối chính :

-Khối 1: mạch tạo xung vuông : gồm IC NE555và biến trở 50k ;
2 điện trở4.7k; 2 tụ điện (10uF và 104)

-Khối thứ 2:sử lí:gồm IC 74192 ;IC 74138; IC 7414 ; mosfet IRF 540;tụ
điện phân cực 10uf, ,điện trở 10k+0.33k
-Khối thứ 3 :khối động cơ
Page 24
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao
1.1Sơ đồ nguyên lí khối nguồn +5v
D1
1N4148
D2
1N4148
D3
1N4148
D4
1N4148
R1
1k
Q1
TIP2955
C1
104
VI
1
VO
3
GND
2
U1

7805
C2
1000uf
C3
1000uf
R2
0.22k
D5
LED-BIGY
AC
AC
+5v
DC
DC
1.2 Sơ đồ nguyên lí mach tạo xung vuông
1 .3 Mạch nguyên lý
Page 25
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa
Sinh viên thực hiện :1. Nguyễn Đức Mạnh
2. Nguyễn Đức Minh
3. Nguyễn Văn Thao