điều khiển máy khoan bằng máy tính điện tử, chương 8 pot

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
C
Chương 8: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BƯỚC ĐỦ VÀ
NỬA BƯỚC
1. Phương pháp điều khiển bước đủ
Thể hiện trình tự điều khiển bước đủ của dộng cơ bước nam
châm vónh cửu được từ hóa với các cực từ xen kẽ. Nguyên lý làm
việc của động cơ bước là dựa trên sự tác động tương hổ giữa từ
trường của Stato và Roto, hình thành mômen điện từ làm quay
Roto đi một góc nhất đònh. Khi cho xung dòng điện tác độngvào
cuộn dây pha AA
'
( hình 2-6a) thì Roto sẽ quay đến vò trí, mà trục
từ trường của Roto (cũng chính là trục dọc của Roto) trùng với
trục từ trường của pha A
Nếu cắt xung dòng
điện vào pha A, và cho
xung dòng điện tác dụng
vào cuộn dây pha BB
'
(h.2-6b) thì vectơ từ hoá
của dòng điện sẽ quay đi
một góc là 18
0
, do đó Roto cũng quay
đi một góc là 18
0
để cho trục của từ
trường Roto trùng với trục của từ
trường tổng.
Sau đó cắt xung tác động vào pha B và lại cho xung dòng

điện vào pha A (hình 2-6c), nhưng đổi dấu thì Roto lai quay tiếp
trở thay đổi có ba tầng
EMBED PBrush
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
C
một góc là 18
0
. Nếu tính từ điểm đầu thì Roto đã quay được một
góc là 36
0
.
Quá trình chuyển phát xung dòng điện tác dụng vào một
trong hai pha cho tới khi Roto quay một vòng, động cơ sẽ thực
hiện được 20 bước (hay còn gọi là 20 nhòp).
Quá trình chuyển mạch các cuộn dây điều khiển theo một
trình tự (A
+
, B
+
, A
-
, B
-
,) và quá trình chuyển mạch theo trình tự
(A
+
,B
+
), (A
+

, B
-
),(A
-
,B
+
), (A
-
,B
-
) Trong hai trường hợp này, thì
trong một chu trình chuyển mạch có 20 nhòp (bước), và ở mỗi
nhòp có số cuộn dây điều khiển được cấp xung dòng điện cho
nhau.
Dạng điều khiển này được gọi là điều khiển bước đủ hay
còn gọi là điều khiển đối xứng.
2. Phương pháp điều khiển nửa bước:
Thể hiện trình tự điều khiển nửa bước, quá trình điều khiển
nửa bước tương tự như quá trình điều khiển bước đủ, nhưng trình
tự chuyển mạch các cuộn dây điều khiển có khác nhau: cụ thể là
từ A
+
, (A
+
,B
+
), B
+,
(A
-

,B
+
), A
-
, (A
-
,B
-
), B
-
, (A
+
,B
-
), …
Với trình tự chuyển mạch này, một chu trình hoàn chỉnh bao
gồm 40 nhòp, và trong mỗi nhòp số cuộn dây điều khiển được
cung cấp xung khác nhau, khi đó Roto quay được một vòng thực
hiện 40 nhòp điều khiển có góc bước là 9
0
. Phương pháp điều
khiển này được gọi là phương pháp điều khiển nửa bước hay còn
gọi là điều khiển không đối xứng. Trong hai phương pháp điều
bước hỗn hợp 5 pha điều khiển lưỡng cực
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
C
khiển trên, thì phương pháp điều khiển nửa bước cho giá trò góc
bước nhỏ hơn hai lần, và số bước/vòng tăng lên hai lần so với
phương pháp điều khiển bước đủ.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH

C
Xét về yêu cầu đảm bảo độ chính xác trong điều khiển, thì
phương pháp điều khiển nửa bước dễ dàng đáp ứng hơn, nhưng
bộ chuyển phát xung điều khiển phức tạp hơn nhiều so với
phương pháp điều khiển bước đủ.
IV _ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC
1. Động cơ nam châm vónh cửu:
Nguyên lý làm việc của động cơ này là dựa vào tác động của
một trường điện từ trên một mômen điện từ, từc là tác động giữa
một trường điện từ và một hoặc nhiều nam châm vónh cửu. Roto
của động cơ tạo thành một hoặc nhiều cặp từ và mômen điện từ
của nam châm được dặt thẳng hàng trên từ trường quay do các
cuộn dây tạo nên.
 Xét cấu trúc của động cơ bước nam châm vónh cửu như:
Hình 2-8: Sơ đồ kết cấu của động cơ bước
Động cơ có hai cuộn dây lắp ở hai cực của Stato, và một
nam châm vónh cửu ở Roto. Khi kích thích một cuộn dây của
Stato (đồng thời ngắt điện cuộn kia) sẽ tạo nên hai cực Bắc

ăn
h
à
i
g
ro
n
ặt be
ùc độn
bư
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH

C
(North) và Nam (South) của nam châm. Roto sẽ thẳng đứng với
hướng từ trường
Nếu ta cho dòng điện vào cuộn dây W
1
thì vò trí 1 và 3 của
Stato tương ứng sẽ là cực Nam và cực Bắc.
Giả sử trục của nam châm vónh cửu của Roto đang lệch với
trục 1-3 một góc
 dưới tác dụng của lực hút do các cực trái dấu
của nam châm sẽ sinh ra một lực quay Roto về vò trí 1, vò trí này
gọi là vò trí cân bằng. Sau đó cho dòng điện I
2
vào cuộn dây W
2
(lúc này dòng điện ở cuộn W
1
bò ngắt), thanh nam châm sẽ quay
nhanh đến vò trí 2 một góc 90
0
nếu việc cấp điện liên tục và
tuần tự vào cuộn dây W
1
, W
2
, W
1
, W
2
, …. Và đảo chiều dòng

điện sau mỗi bước, thanh nam châm sẽ quay thành những vòng
tròn, từ một phần tư vòng tròn đến một phần tư vòng tròn khác.
Các cuộn dây của Stato gọi là các pha. Động cơ bước có
thể có nhiều pha: 2, 3, 4, 5 pha, nó được cấp điện cuộn này sang
cuộn khác với việc đảo chiều dòng điện sau mỗi bước quay.
Chiều các động cơ phụ thuộc vào thứ tự cung cấp điện cho các
cuộn dây và hướng của từ trường.
2. Động cơ bước từ trở thay đổi:
Nguyên lý làm việc của động cơ bước từ trở thay đổi dựa trên
cơ sở đònh luật cảm ứng điện từ, tức là dựa trên sự tác động giữa
một trường điện từ và một Roto có từ trở thay đổi theo góc quay.
 Cấu trúc tiêu biểu của động cơ bước có từ trở thay đổi
b
-
6
h
Hì
g
ớ
b
t
ừ
1
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
C
Hình 2-9: Động cơ bước ba pha từ trở thay đổi
Roto động cơ điện được chế tạo bằng vật liệu dẫn từ, trên
bề mặt Roto thường có nhiều răng. Mỗi răng của Roto hoặc của
Stato gọi là một cực. Trên hai cực đối diện được mắc nối tiếp
hai cuộn dây (ví dụ như cuộn dây AA

'
) tạo thành một phần của
động cơ. Như vậy động cơ như hình vẽ có ba pha A, B, C, từ trở
thay đổi theo góc quay của răng. Khi các răng của Roto đứng
thẳng hàng với các cực của Stato, từ trở ở đó sẽ nhỏ nhất. Nếu
ta cho dòng điện chạy vào cuộn dây BB
'
nó sẽ tạo nên từ trường
kéo cực gần nó nhất của roto và làm Roto quay một góc 30
0
theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Nếu dòng điện được đưa
vào cuộn dây CC
'
, Roto lại tiếp tục quay một góc 30
0
nữa … Các
cuộn dây AA
'
, BB
'
, CC
'
gọi là các pha.
Hướng quay của động cơ không phụ thuộc vào chiều của
dòng điện mà phụ thuộc vào thứ tự cấp điện cho cuộn dây.
Nhiệm vụ này do các mạch logic trong bộ chuyển phát thực
hiện. Với cách thay đổi thứ tự hoặc thay đổi cách kích thích các
cuộn dây ta cũng làm thay đổi các vò trí góc quay.
Động cơ bước có từ trở thay đổi có chuyển động êm, số
bước lớn và tần số làm việc cũng khá lớn (từ 2 đến 5 Khz).

 Một số công thức tính cho động cơ bước từ trở thay đổi:
Nr : Số răng roto
Ns : Số răng stato
Np : Số pha
Pr : Góc độ răng roto
s : Góc bước
Rs : Giá trò bước
X = Ns/Np : số răng stato cho một pha
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
C
-Góc độ răng giữa hai răng kề nhau được xác đònh như sau :
Nr
0
369
Pr  ;
Pr
360
0
Ps
-Góc bước được xác đònh bởi biểu thức :

NpNr
s
.
360
0


(độ / bước)
-Giá trò bước

s
Rs

360

-Nếu tần số xung là f thì tốc độ Roto là:
6.
6069
s
NrNp
f
Rs
f



(vòng / phút)
-Số răng Roto cho một pha:
1

Np
Nr
X
3. Động cơ hổn hợp:
Động cơ hổn hợp là sự kết hợp nguyên tắt làm việc của
động cơ có bước nam châm vónh cửu và động cơ bước có từ trở
thay đổi nhằm có được đặt tính tốt nhất của hai loại kể trên là
momen lớn và số bước lớn.
Hình 2-10: sơ đồ động cơ bước hổn hợp
Động cơ gồm hai nửa Roto (1) và (2). Nửa(1) có nhiều

răng trên Roto, nửa (2) là nam châm vónh cửu. Do đó có sự kết
1
2
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
C
hợp giữa hai phần nên tạo ra sự kích thích roto mạnh hơn. Động
cơ loại này có số bước đạt đến 400 bước, nhưng giá thành đắt.
4. Động cơ nhiều Stato:
Hình 2-11: sơ đồ động cơ nhiều stato
Động cơ gồm nhiều stato trên cùng một trục. Nếu ta dòch
chuyển stato đi một góc đồng thời giữ Roto thẳng hàng hoặc
ngược lại có bước rất nhỏ. Khi cung cấp điện cho stato một cách
liên tục, ta sẽ có một động cơ (quay liên tục), đặc tính của nó
không tốt bằng động cơ có từ trở thay đội.
V _ ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC
1. Đặc tính tónh:
 Góc bước : là trò số góc quay của một bước, là góc quay
của trục động cơ dưới tác dụng của một xung điện chạy
qua cuộn dây điện kế tiếp. Nó phù hợp với số bước/ vòng.
Điều khiển động cơ hổn hợp bằng bộ chuyển phát cho
phép nhân số bước thực tế để điều khiển nửa bước (khi hai
pha được cấp điện cùng một lúc) và điều khiển vi bước
(khi cho dòng điện có trò số khác nhau vào các pha). Số
bước có thể là 2000 đến 25000 bước/vòng.
 Moment : Moment thay đổi theo góc quay của trục được
y
g
i
a
â

ơ
ù
ơ
ù
c
/
m
men
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
C
gọi là đặc tính của động cơ bước. Nó được biểu hiện như
hình sau :
Hình 2-12 Momem của động cơ bước
 Moment tónh (Mo): Khi động cơ được cấp điện, roto có xu
hướng nằm trên trục của từ thông, hình thành một momen rất
lớn để động cơ có thể quay. Giá trò này gọi là momen tónh.
 Momen hãm là momen cản do trục của động cơ nam châm
vónh cửu tạo nên khi các cuộn dây stato không được kích
thích. Để động cơ có thể hoạt động chính xác thì momen luôn
luôn nhỏ hơn momen tónh.
 Momen duy trì là momen lớn nhất do cuộn dây kích thích tạo
nên trên trục động cơ từ trở thay đổi không có momen này.