báo cáo thực tập điện máy phay cnc

báo cáo thực tập tôt nghiệp
Lời nói đầu
Trong sự nghiệp công nghiệp hoá , hiện đại hoá đất nớc,có thể nói một
trong những tiêu chí đánh giá sự phát triển của mỗi quốc gia là mức tự
độnghoá trong quá trình sản xuất mà trớc hết là năng suất và chất lợng sản
phẩm. Sự phát triển nhanh cuả máy tính điện tử, công nghệ thông tin và
những thành tựu của lý thuyết điều khiển tự động đã làm cơ sở và hỗ trợ cho
sự phát triển của nghành tự động hoá.
Nớc ta, mặc dù là mộth đang phát triển, những năm gần đây cùng với sự
đòi hỏi của sản xuất cũng nh sự hội nhập vào nền kinh tế thế giới thì việc áp
dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật và đặc biệt là ứng dụng tự động hoá trong
các nghành sản xuất đã có bớc phát triển mới.
Ngày nay tự động hoá đang đợc ứng dụng rộng rãi trong các ngành sản
xuất . một trong những ứng dụng của nó là sủa dụng máy công cụ CNC.
Trong quá trinh thực tập chúng em đã đợc làm quen vơi một dạng CNC đó
là máy phay CNC CYBER-MILL. Nhờ đựơc sự giúp đỡ của các thầy cô
trong bộ môn đặc biết là thầy Nguyễn Mạnh Tiến và Thầy Hà Tất Thắng mà
chúng em đã phần nao nắm bắt đợc nhũng kiến thức về CNC.
Do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên những điều chúng em
đã làm đợc sẽ có rất nhiều thiếu sót. Rất mong đớc sự góp ý của các thầy cô
và các bạn.
Sinh viên : Bùi Văn Việt
phần I
tổng quan cnc
1.1) Khái niện máy Cnc
Cnc là viết tắt của Computer Numerical Control: điều khiển số bằng
máy tính
Máy công cụ CNC là loại máy gia công sử dụng các chơng trình đã đợc
lập trình sẳn để gia công các chi tiết.
Các chơng trình gia công đợc đọc cùng một lúc và đợc lu trữ vào bộ nhớ.
Khi gia công, Máy tính đa ra các lệnh điều khiển máy, Máy công cụ CNC có

- 1 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
khả năng thực hiện các chức năng nh: nội suy đờng thẳng, nội suy cung tròn,
mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nà.
Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đờng kính dụng cụ. Tất cả các
chức năng trên đều đợc thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính.
1.2)Đặc điểm cấu trúc của máy công cụ điều khiển CNC.
Đặc điểm của các động cơ truyền động
Truyền động chính:
Động cơ chính thờng dùng động cơ dòng một chiều hoặc dòng điện xoay
chiều.
Truyền động chạy dao:
Động cơ dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều với bộ vitme/đai
ốc/ bi cho từng trục, chạy dao độc lập X, Y, Z.
Thờng sử dụng động cơ dòng một chiều có đặc tính động học tốt cho các
quá trình gia tốc và quá trình phanh hãm, mômen quán tính nhỏ, độ chính
xác điều chỉnh cao cho những đoạn đờng chuyển chính xác.
Bộ víme/đai ốc/ bi có khả năng biến đổi truyền dẫn dễ dàng, ít ma sát và
không có khe hở khi truyền với tốc độ cao. Để có thể dịch chuyển chính
xác trên các biên dạng, các trục truyền dẫn không đợc phép có khe hở và
cũng không đợc phép có hiệu ứng stick-slip(hiện tợng trợt lùi do lực cản ma
sát). Bộ vítme/ đai ốc/ bi là giải pháp kỹ thuật đảm bảo đợc yêu cầu đó.
Phơng thức tác dụng của vítme/ đai ốc/ bi:
Các viên bi nằm trong rãnh vítme và đai ốc đảm bảo truyền lực ít ma sát
từ trục vítme qua đai ốc vào bàn máy. nhờ hai nửa đai ốc lắp theo chiều dài
giữa chúng có vòng cách, có thể điều chỉnh khử khe hở theo hai chiều đối
ngợc.
Trong một số giải pháp kết cấu nâng cao của bộ truyền này, bớc nâng của
rãnh vít trên trục và trên đai ốc có giá trị khác nhau.
Việc dẫn bi hồi rãnh đợc thực hiện nhờ các rãnh dẫn hớng bố trí bên trong

hoặc các ống dẫn hồi bi bao ngoài trục.
Truyền dẫn chạy dao không khe hở trên các máy phay CNC cho phép cắt
theo chu kỳ phay thuận mà vẫn êm.
1.3 ) hệ toạ Sử DụNG TRONG MáY CNC
1.3.1 hệ toạ độ vuông góc
Các điểm mà dao cắt đi tới trong khi gia công đợc xác định trong một ch-
ơng trình. Để mô tả vị trí của các điểm này trong vùng làm việc, ta dùng một
hệ toạ độ. Nó bao gồm ba trục vuông gốc với nhau cũng cắt nhau tại điểm 0.
Trong hệ toạ độ này có các trục X, Y, và Z.
Với một hệ trục toạ độ ba trục, bất kỳ điểm nào cũng đợc xác định thông
qua các toạ độ của nó. Hệ toạ độ máy do nhà chế tạo máy xác đinh, thông th-
ờng nó không thể bị thay đổi.
Trục X là trục chính trong mặt phẳng định vị. Trên máy phay nó nằm song
song với bàn máy(bàn kẹp chi tiết).
Trục Y là trục thứ hai trong mặt phẳng định vị. Nó nằm trên mặt nắp máy
và vuông góc với bàn máy.
Trục Z luôn luôn trùng với trục truyền động chính. Trục này đợc nhà chế
tạo xác định. Chiều dơng của trục Z chạy từ chi tiết hớng đến dao cắt. Điều
đó có nghĩa là trong chuyển động theo chiều âm của trục Z, dao cắt sẽ đi tới
bề mặt chi tiết.
- 2 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
Để xác định nhanh chiều của các trục, dùng luật bàn tay phải: ta đặt ngón
giữa của bàn tay phải theo chiều của trục Z thì ngón tay cái sẽ trỏ theo chiều
trục X và ngón tay trỏ sẽ chỉ theo chiều Y.
Hệ toạ độ cơ bản đựơc gắn liền với chi tiết. Bởi vậy khi ta lập trình ta phải
luôn luôn xuất phát từ chổ xác định chi tiết đứng yên còn dao cắt thì chuyển
động. Điều đó có nghĩa là :
Khi cắt phay, rõ ràng chi tiết chuyển động là chính, nhng để đơn giản cho
việc lập trình hãy quan niệm là chi tiết đứng yên còn dao cắt thì dịch chuyển.

Ta gọi đó là chuyển động tơng đối của dao cụ.
Để mô tả đờng dịch chuyển dao(các dữ liệu toạ độ) trên một số máy CNC
có cả hai khả năng.
1.3.1.1 Dùng toạ độ Đề các.
Khi dùng dữ liệu toạ độ Đề các, ta đa ra các khoảng cách đo song song với
các trục từ một điểm tới một điểm khác.

Các khoảng cách theo chiều dơng của trục có kèm theo dấu dơng(+) phía tr-
ớc. Các khoảng cách theo chiều âm của trục có kèm theo dấu âm(-) phía trớc.
Các số đo có thể đa ra theo hai phơng thức:
Đo tuyệt đối :
Với các số đo tuyệt đối, ta đa ra toạ độ của các điểm đích tính từ một điểm
cố định trong vùng làm việc. Nghĩa là trong mỗi chuyển động đều xác định,
dao cắt phải dịch chuyển đến đâu kể từ một điểm gốc 0 tuyệt đối.
Đo theo kích thớc :
Với các số đo theo chuỗi kích thớc, ta đa ra toạ độ của các điểm đích tính
từ mỗi điểm dừng lại của dao cắt sau một vệt cắt. Nghĩa là trong mỗi chuyến
đều đa ra số liệu dao cần đợc dịch chuyển tiếp một lợng là bao nhiêu nữa
theo từng trục toạ độ.
1.3.1.2 Dùng toạ độ cực
Khi sử dụng các dữ liệu trong hệ toạ độ cực, ta đa ra vị trí của một điểm
không qua khoảng cách và góc so với một trục cơ sở
Các toạ độ cực chỉ có thể đo trên mặt phẳng chính. Trong phạm vi của một
hệ toạ độ cực có ba mặt phẳng chính. Từ ba trục X, Y và Z của hệ thống sẽ
có ba bề mặt kẹp, đó là : mặt X/Y; mặt X/Z và mặt Y/Z
1.3.2 Những điểm quan trọng trong một hệ toạ độ
Điểm chuẩn của máy M: là điểm gốc M của hệ toạ độ máy

Điểm W chi tiết: là điểm gốc 0 của hệ toạ độ chi tiết, nó đựoc giữ cố
định cho một chi tiết.

- 3 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
Điểm chuẩn của dao P: là điểm gôc của hệ toạ độ gắn trên dao cắt.
Điểm 0 lập trình: là điểm gốc 0, từ đó xác định các dữ liệu cập nhập
trong một chơng trình. Điểm này có thể thay đổi
thông qua lệnh chuyển điểm 0.
1.4) Quan hệ giữa các trục toạ độ:
Khi gia công trên các máy CNC ngời ta có thể chia các hệ trục toạ độ thành
3 loại: hệ trục toạ đọ máy, hệ trục toạ độ chi tiết và hệ trục toạ độ của dao.
Từ hệ trục toạ độ của máy có điểm gốc M ta có thể biểu diễn đợc hệ
toạ độ của chi tiết và hệ toạ độ của dao bằng các phép dịch chuyển tịnh tiến
hay các phép quay. Nhờ đó ta có thể xác định đựơc vị trị của điểm trên chi
tiết cần gia công cũng nh vị trị dao để gia công chi tiết.
1.5 ) Các dạng điều khiển của máy công cụ CNC.
Các máy CNC khác nhau có khả năng gia công đợc các bề mặt khác
nhau nh các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình, .v.v Do đó các dạng điều
khiển của máy cũng đợc chia ra thành: điều khiển điểm- điểm, điều khiển
theo đờng thẳng và điều khiển theo biên dạng.
a) điều khiển điểm-điểm: dùng gia công cắc lỗ bằng các phơng pháp
khoan, khoét, doa và cắt ren. ở đây chi tiết gia công đợc gá cố định trên bàn
máy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các vị trí đã lập trình. Khi
đạt tới đích dao bắt đầu gia công. truờng hợp này quỹ đạo của chuyển động
dao là không quan trọng, điều quan trọng là vị trí gia công đạt đến phải chính
xác.
b) Điều khiển theo đờng thẳng.
Điều khiển đờng thẳng là dạng điều khiển khi gia công dụng cụ cắt thực
hiện lợng chạy dao theo một đờng thẳng nào đó. Khi thực hiện gia công các
chuyển động theo các trục toạ độ là độc lập không có quan hệ rằng buộc nào
với trục khác.
c) Điều khiển biên dạng.

Điều khiển theo biên dạng cho phép chạy trên nhiều trục cùng một lúc.
Trong trờng hợp này cả hai trục để tạo ra một dạng vừa có phần thẳng vừa có
phần cong. ở đây theo các trục có quan hệ hàm số ràng buộc với nhau.
- 4 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
Phần II
Giới thiệu cnc cyber-mill
Cyber- mill là máy phay CNC phục vụ cho việc thí nghiệm có mô
hình nh sau:

Các bộ phận Truyền động:
Động cơ một chiều có mang dao phay đờng kính dao 3mm.
Chuyển động ăn dao:
Chuyển động ăn dao đợc thực hiện nhờ ba động cơ bớc hoạt động độc lập
nhau mỗi động cơ loại nguồn 2A-5V và bộ Vitme/ đaiốc.
Mỗi động cơ bớc thực hiện điều khiển chuyển động theo một trục nhất
định trong hệ toạ độ Đề các(X,Y,Z).
Bộ truyền động đợc sử dụng là Vitme/đai ốc.
Chiều dài Vít me trục Z là 210 mm.
Chiều dài Vitme trục X là 380 mm.
Chiều dài Vitme trục Y là 210 mm.
Khoảng cách các răng trên Vitme là 3mm/răng
Độ rộng mỗi răng là 1mm.
đờng kính Vitme la 12mm.
Không gian làm việc : 20x40( mm x mm).
- 5 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
Đầu Vitme đợc nối với trục của động cơ bớc thực hiện biến đổi chuyển
động quay tròn của động cơ bớc thành chuyển động thẳng của vật mang chi
tiết.

Đầu còn lại của Vitme đợc gá vào khung đỡ.
ở giữa của Vitme đựơc gá vào đaiốc để biến đổi chuyển động quay thành
chuyển động tịnh tiến.
Tính toán chuyển động:
Động cơ bớc có số bớc 200 bớc/ vòng.
Do đó để thực hiện chuyển động một khoảng L theo một trục nào đó của
vật mang chi tiết thì số vòng quay phải thực hiện sẽ là L/3.
Khi đó số xung cân cấp cho động cơ bứơc sẽ là 200 .L/3.
Việc tính toán điều khiển chuyển động động cơ bớc sẽ đợc thực hiện
bằng máy tín.
Việc thực hiện điều khiển chuyển động của động cơ bớc đợc thiết kế
nh phần IV dới đây.


PHần IIi
động cơ bớc
I. Giới thiệu động cơ bớc
1. Khái quát về động cơ bớc
Các hệ truyền động rời rạc thờng đợc thực hiện nhờ động cơ
chấp hành đặc biệt gọi là động cơ bớc.
Động cơ bớc thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các
tín hiệu điều khiển dới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các
- 6 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto và có khả năng cố
định rôto vào những vị trí cần thiết.
Động cơ bớc làm việc đợc là nhờ có bộ chuyển mạch điện tử đa các tín
hiệu điều khiển vào stato theo một thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số
góc quay của rôto tơng ứng với số lần chuyển mạch, cũng nh chiều quay
và tốc độ quay của tôto, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển

đổi. Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stato(phần ứng) của động cơ
bớc thì rôto(phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một góc nhất định, góc ấy
là một bớc quay của động cơ. Khi các xung điện áp đặt vào các cuộn dây
phần ứng thay đổi liên tục thì rôto sẽ quay liên tục.(Thực chất là chuyển
động đó vẫn là theo các bớc rời rạc).
Về cấu tạo, động cơ bớc có thể 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.
Trong khi động cơ một chiều không tiếp xúc có rôto thờng là một nam
châm vĩnh cửu(số đôi cực 2p=2) và cần có cảm biến vị trí rôto thì động cơ
bớc có rôto dạng cực lồi gồm nhiều răng cách đều cấu thành các cặp nam
châm N-S xen kẽ nhau để tạo ra số cặp cực 2p lớn hơn và không cần phải
có bộ cảm biến vị trí rôto. Động cơ bớc vì từ trờng quay không liên tục do
các xung điện cấp vào rời rạc nên rôto quay theo các bớc.
Cũng giống nh động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ, động cơ bớc
có các bối dây tạo thành các pha trên stato, đồng thời trên cả rôto và stato
đều có các răng để tạo thành các cặp cực và các nam châm điện. Nhng
động cơ đồng bộ gảim tốc có các cuộn kích thích và cần phải có dòng
điện kích thích để khởi động, còn động cơ bớc không cần yếu tố này. Mặt
khác
Có thể cói động cơ bớc là linh kiện số mà ở đó các thông tin số hoá đã
thiết lập sẽ đợc chuyển thành chuyển động quay theo từng bớc. Động cơ
bớc sẽ thực hiện trung thành các lệnh đã số hoá này máy tính yêu cầu
Mô hình số hoá động cơ bớc.
2. Nguyên lý hoạt động.
Rô to động cơ bớc không có cuộn dây khởi động mà nó đợc khởi động
bằng phơng pháp tần số. Rôto của động cơ bớc có thể đợc kích thích(rôto
tích cực) hoặc không đợc kích thích(rôto thụ động).
Xung điện áp cấp cho m cuộn dây stato có thể là xung một cực hoặc xung
2 cực

- 7 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
Chuyển mạch điện tử có thể cung cấp điện áp điều khiển cho các cuộn dây
stato theo từng cuộn dây riêng lẽ hoặc theo từng nhóm các cuộn dây. Trị số
và chiều của lực điện từ tổng F của động cơ và do đó vị trí của rôto trong
không gian hoàn toàn phụ thuộc voà phơng pháp cung cấp điện cho các cuộn
dây.
Thực tế để tăng cờng lực điện từ tổng của stato và do đó tăng từ thông và
mômen đồng bộ, ngời ta thờng cấp điện đồng thời cho hai,ba hoặc nhiều
cuộn dây. Lúc đó rôto của động cơ bớc sẽ có vị trí cân bằng(ổn định ) trung
với vectơ lực điện từ tổng F. Đồng thời lực điện từ tổng F cũng có giá trị lớn
hơn lực điện từ thành phần của các cuộn dây stato.
Khi cấp điện cho một số chẵn cuộn dây hoặc cho một số lẽ cuộn dây rôto
của động cơ bớc sẽ có m vị trí cân bằng. góc xê dịch giữa hai vị trí liên tiếp
của rôto bằng 2/m - Trờng hợp này gọi là điều khiển cả bớc hay điều khiển
đối xứng.
Nếu cấp điện theo thứ tự một số chẵn cuộn dây, rồi một số lẻ cuộn dây, có
nghĩa là số lợng cuộn dây đợc điều khiển luôn luôn thay đổi từ chẵn sang lẻ
và từ lẻ sang chẵn thì số vị trí cân bằng của rôto sẽ tăng lên gấp đôi là 2m.
độ lớn của một bớc sẽ giảm đi một nửa bằng 2/2m Trờng hợp này gọi là
điều khiển nửa bớc hay điều khiển không đối xứng.
Ta có thế tính số bớc quay của rôto trong khoảng 0ữ360
0
là:
K= m.n
1
.n
2
.p,
Trong đó:

p: số đôi cực của rôto;
m: số cuộn dây điều khiển trên stato(số pha);
n
1
: hệ số, n
1
=1 ứng với điều khiển đối xứng;
n
2
=2 ứng với điều khiển khôngđối xứng;
n
2
: hệ số, n
2
=1 điều khiển bằng xung 1 cực;
n
2
=2 điều khiển bằng xugn 2 cực.
Bớc quay của rôto trong không gian là =360
0
/K.
3.) mômen đồng bộ và trạng thái ổn định của động cơ bớc.
Biểu thức mômen đồng bộ tĩnh của động cơ bớc khác với biểu thức
mômen đồng bộ của động cơ đồng bộ thờng có cùng cấu trúc. Sự khác nhau
đó là do động cơ bớc đợc cấp bởi dòng điện một chiều, chứ không phải dòng
điện xoay chiều.
Trong động cơ đợc cấp bởi nguồn một chiều, sau quá trình quá độ, dòng
điện trong các cuộn stato là hằng số
I=U/r
s

=Const.
Từ thông mà nó sinh ra tác động vào cặp cực của rôto:
=B.S.cos=B.S.sin
trong đó:
B là cờng độ từ trờng do dòng điện I sinh ra trong cuộn dây có điện cảm
L;
S là tiết diện vuông gốc của cặp cực;
là góc giữa trục cặp cực với trục của cuộn dây pha;
là góc giữa trục cặp cực và đờng vuông góc với trục của cuộn dây pha;
- 8 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
Do thay đổi nên từ dẫn dọc theo đờng đi của từ thông thay đổi theo, làm
cho từ thông thay đổi trong một giới hạn rộng. Nếu viết biểu thức dới dạng:
=L.I (L là điện cảm).
Do sự thay đổi của góc cùng với sự thay đổi của khe hở không khí giữa
các răng của stato và rôto làm cho điện cảm L thay đổi theo dẫn đến từ thông
và do đó mômen của động cơ thay đổi.
Mômen đồng bộ tĩnh của động cơ bớc khi stato và rôto có răng và đợc
kích thích, có thể viết dới dạng tổng quát của 3 mômen quay:
M()=M
S
+M
R
+M
SR
= C
M
.I
S
.(dL

S
/d)+C
M
.I
R
.(dL
R
/d)+2.C
M
(dL
RS
/d)
Trong đó: I
S
, I
R
, L
S
(), L
R
(), L
SR
() là các giá trị xác lập tơng ứng dòng
điện, điện cảm và hổ cảm của stato(S) và rôto(R); C
M
là hằng số, phụ thuộc
vào cấu tạo của từng loại động cơ.
Mômen M
S
đợc hình thành do sự thay đổi từ dẫn trên đờng đi của từ thông

stato đợc kích thích bởi dòng điện I
S
.
M
R
đợc hình thành do sự thay đổi từ dẫn trên đờng đi của từ thông rôto đ-
ợc kích thích bởi dòng điện I
R
.
M
SR
đợc hình thành do sự thay đổi hỗ cảm giữa stato và rôto đợc kích
thích bởi dòng điện I
S
và I
R
.
Hiện nay, phần lớn các động cơ bớc đều có cấu tạo rôto không có cuộn
kích thích. Do đó biểu thức mômen có dạng đơn giản sau:
M()=C
M
.I
S
.(dL
S
/d).
Quan hệ giữa mômen với góc quay thờng là không hình sin do ảnh hởng
của cấu trúc răng và cấu trúc cực lồi của stato và rôto, cũng nh do xung điện
áp cấp vào có dạng xung vuông là tổng của các thành phần điều hoà.
Quan hệ của mômen M=f() là dờng cong có dạng nh sau:

đờng cong mômen của động cơ bớc theo gốc quay


Chất lợng của động cơ bớc đợc đánh giá bởi độ dốc của đờng cong mômen
đồng bộ M=f(), đặc biệt là ở đầu của vùng làm việc thuộc đờng cong này.
Độ dốc của đờng M=f() trong vùng này càng lớn thì suất mômen dM/d
càng lớn và khả năng đồng bộ của đồng bộ của động cơ bớc càng lớn.
- 9 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
Giả sử tại một vị trí nhất định, rôto mang một mômen tải(mômen cản) M
C
.
Để giữ đợc rôto ở vị trí này ta phải cấp dòng điện cho cuộn dây stato tại vị trí
đó và do góc =0 nên M=M
max
. Điều kiện để giữ đợc rôto không trợt khỏi vị
trí là:
M
C
<M
max
Muốn quay rôto đi một gốc rời khỏi vị trí đang giữ, ta phải cấp dòng
điện cho cuộn stato ở vị trí mới, đồng thời ngắt dòng điện của cuộn stato ở vị
trí củ. Điều kiện để rôto quay đợc góc là :
M
C
<M
max

.cos.
Cần chú ý rằng sự chuyển bớc của rôto chỉ thực hiện đợc trong điều kiện
nhất định, khi mà sự dịch chuyển của lực điện từ F đi một góc không làm
cho động cơ rơi vào vùng mất ổn định của đặc tính góc M=f()
Nếu nh góc qua lớn thì rôto rời vào vùng mất ổn định,không bám theo
đợc từ trờng và động cơ bị mất bớc.
Trong trờng hợp tổng quát, để động cơ không bị mất bớc cần thực
hiện điều kiện sau:
M
C
<M
max
.cos(2/K),
trong đó: K là số bớc quay
Nh vậy bớc quay =360
0
/K càng nhỏ thì mômen tải M
C
cho phép trên
trục động cơ càng lớn.
4. Cấu tạo và phân loại động cơ bớc:
Để tăng số bớc của động cơ(tăng độ phân giải về góc), ta cần phải tăng
lợng cuộn dây pha m và tăng số cặp cực p.
Việc tăng số lợng bối dây m trên stato gặp nhiều khó khăn do hạn chế về
kích thớc của stato và những trở ngại khi đặt các bobin dây quấn vào các
rãnh nửa hở của stato, đồng thời khi số pha m lớn thì mạch điều khiển cũng
sẽ phức tạp hơn. Do đó ngời ta thờng làm các động cơ bớc với số lợng pha m
đủ nhỏ, là 2 pha, 4 pha hay 5 pha; trong đó thông dụng nhất là 2 pha và 4
pha.
Việc tăng số bớc của động cơ đợc giải quyết bằng tăng số lợng cặp cực rôto.

Rôto động cơ bớc tạo thành nhiều cặp cực đợc chế tạo từ vật liệu kỹ thuật
đặc biệt có độ từ hoá cao và chịu mômen tải lớn, vì chính rôto là bộ phận
chịu tải trọng cơ khí thông qua trục của nó.
Ngời ta thờng chế tạo các động cơ bớc có các bớc trong khoảng từ
0,45
0
ữ15
0
tuỳ theo mục đích sử dụng. Trong đó thông dụng nhất trên thị tr-
ờng hiện nay là loại động cơ có góc bớc 1,8
0
.
Xét về cấu tạo, động cơ bớc có ba loại chính:
- Động cơ bớc có rôto đợc kích thích(có dây quấn kích thích hoặc
kích thích bằng nam châm vĩnh cửu).
- Động cơ bớc có rôto không kích thích(động cơ kiểu cảm ứng và
động cơ kiểu phản kháng).
- Động cơ bớc kiểu hỗn hợp, kết hợp cả hai loại trên.
II. cơ sở lý thuyết điều khiển động cơ bớc
1. Ba chế độ(Mode) điều khiển động cơ bớc.
Ta có ba chế độ điều khiển động cơ bớc đó là:
- 10 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
a, Chế độ cả bớc.
b, Chế độ điều khiển cả bớc.
c, Chế độ điều khiển vi bớc.
Cơ sở lý thuyết của việc điều khiển các chế độ này nh sau:
Hình dới miêu tả mối quan hệ giữa các véc tơ lực điện từ F
1
, F

2
của 2 cuộn
dây 1 và 2 khi đợc cấp dòng điện đơn cực và véctơ lực điện từ tổng F
Trong đó :
F
1
: lực điện từ tác động lên rôto khi cuộn dây 1 đợc kích thích;
F
2
: lực điện từ tác động lên rôto khi cuộn dây 2 đợc kích thích;
F: lực điện từ tổng;
: góc bớc;
: góc cần điều khiển(góc vi bớc);
Nếu ta điều khiển sao cho F
1
, F
2
có trị số không bằng nhau thì lực điện từ
tổng F sẽ có hớng thay đổi trong khoảng góc bớc (Từ cạnh OA đến cạnh
OB của tam giác OAB) và do đó vị trí của rôto thay đổi đợc và có thể cố định
vào vị trí bất kỳ trong khoảng góc bớc
Gọi là góc vi bớc tạo bởi vectơ F
1
và F
2
, áp dụng tính chất của hình
bình hành(OACB) và các hệ thức lợng trong tam giác cho các tam giác OAB,
OAC và OAD ta có các biểu thức sau :
AB
2

=OA
2
+OB
2
-2.OA.OB.cos.
OC
2
=OA
2
+OB
2
+2.OA.OB.cos
(AB/2)
2
=OA
2
+(OC/2)
2
-2.OA.(OC/2).cos
hay : AB
2
=4.OA
2
+OC
2
-4.OA. OC.cos
cos=


cos 2

cos
22
OBOAOBOA
OBOA
++
+
cos=


cos 2
cos
21
2
2
2
1
21
FFFF
FF
++
+
a, điều khiển động cơ cả bớc
- Đầu tiên cho F
2
=0 và F
1
=F, cos=F/F=1 nên góc =0, rôto ở vị trí
trục cuộn dây 1.
- Sau đó cho F
1

=0 và F
2
=F, cos=cos hay =, Rôto ở vị trí trục
cuộn dây 2.
b, Điều khiển nửa bớc
- Đâu tiên cho F
2
=0 và F
1
=F, rôto ở vị trí trục cuộn dây 1.
- Tiếp theo cho F
1
=F
2
=F,
cos=
)cos1(2
cos1


+
+
=
)2/(cos4
)2/(cos2
2
2


cos=cos(/2), = /2. Rôto ở vị trí chính giữa góc .

- Sau đó cho F
1
=0 và F
2
=F, rôto sẽ ở vị trí trục của cuộn dây thứ 2.
Trong trờng hợp này rôto sẽ chuyển động từng bớc =/2,(=0, /2, )
c, Điều khiển vi bớc:
- 11 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
Nếu ta điều khiển sao cho lực F
1
giảm dần theo từng bớc từ F đến 0 và lực
F
2
tăng dần từng bớc từ 0 đến F thì rôto sẽ quay từng bớc từ vị trí OA đến
OB.
Trên thực tế, để rôto có thể quay đợc các bớc đều, chẳng hạn theo vi bớc
(ví dụ =/10), thì phải giải phơng trình (11) để tìm F
1
và F
2
ứng với các
góc quay =, 2, 3, , n. Phơng trình (11) là một phơng trình bậc 2 với
hai ẩn số, về nguyên tắc là không giải đợc. Nhng với điều kiện bên nhất định
phơng trình(11) sẽ giải đợc.
2, Các đặc trng của tín hiệu điện điều khiển động cơ bớc.
Đối với động cơ bớc, tín hiệu điện điều khiển là các xung rời rạc kế tiếp
nhau. Việc điều khiển động cơ bớc 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 bớc).
- Tần số xung(liên quan đến tốc độ quay).
- Cách thức cấp xung, bao gồm thứ tự và số lợng cuộn dây pha đợc
cấp(liên quan đến chiều quay và mômen tải).
Tuỳ thuộc vào việc cấp xung điện, động cơ bớc có bốn trạng thái sau đây:
a, Trạng thái không hoạt động: Khi không có cuộn dây nào đợc cấp điện:
- Đối với động cơ phản kháng: rôto sẽ quay trơn.
- Đối với động cơ nam châm vĩnh cửu và động cơ kiểu hổn hợp: có
mômen hãm, rôto có xu hớng dừng ở các vị trí mà đờng khép kín từ thông
giữa các cực của rôto và stato là nhỏ nhất.
b, Trạng thái giữ: Khi một số cuộn dây pha đợc cấp điện một chiều.
Rôto mang tải sẽ đợc giữ chặt ở vị trí góc bớc nhất định do lực điện từ tổng F
sinh ra mômen giữ.
c, Trạng thái dịch chuyển bớc: rôto sẽ dịch chuyển từ vị trí bớc đang
đợc giữ sang vị trí bớc tiếp theo khi các cuộn dây pha đợc cấp dòng phù hợp.
d, Trạng thái quay quá giới hạn: trong chế độ không tải, nếu xung điều
khiển có tần số quá cao, động cơ sẽ quay vợt tốc. ở trạng thái này động cơ
không thể đảo chiều, không thể dừng đúng vị trí, nhng vẫn có thể tăng và
giảm tốc từ từ. muốn dừng và đảo chiều động cơ phải giảm xuống dới tốc độ
dới tốc độ tới hạn để hoạt động trong chế độ bớc.
chỉ có hai trạng thái b và c là đợc coi là trạng thái làm việc.
3) giới thiệu ba kiểu điều khiển dòng điện I và điện áp u
3.1. mối quan hệ giữa dòng điện I và điện áp U
Trong số liệu kỹ thuật của động cơ bớc ta chú ý đến 4 tham số quan trọng
sau:
- Điện áp danh định U;
- Dòng điện danh định I;
- Điện trở cuộn dây pha R;
- Điện cảm cuộn dây pha L;

Sơ đồ cấp điện đơn giản cho 1 cuộn dây pha nh sau:
- 12 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp

V
CC
: điện áp nguồn cấp;
R
S
: Điện trở nguồn cấp;
D : điôt dumper (làm nhụt - xả năng lợng).
K
i
: chuyển mạch điện tử cho cuộn dây pha thứ i.
Trạng thái giữ, khoá K đóng liên tục, ngời ta thờng cấp dòng điện I hoặc
điện áp U bằng khoảng 65%ữ100% giá trị danh định.
Vì là dòng một chiều nên ở chế độ giữ, điện cảm L không làm sụt áp,
ta có phơng trình:
V
CC
= I.R
S
+I.R;
V
CC
= I.R
S
+U;
từ đây ta có ba cách cấp điện ở chế độ giữ nh sau:
- Cấp bằng nguồn ổn áp: R

S
=0; V
CC
=U;
- Cấp bằng nguồn dòng có I
CC
=I.
- Cấp bằng nguồn ổn áp có nguồn cấp cao hơn U và mắc điện trở nối
tiếp R
S
.
Muốn cho động cơ quay một bớc thì phải ngắt dòng điện cuộn th i
(mở K
I
) và đống khoá K
J
cho dòng điện đi vào cuộn dây thứ j. Giả thiết rằng
các khoá điện tử K
I
và K
J
đóng ngắt tức thì(t=0).
Tại cuộn dây thứ i(cuộn dây bị ngắt) ở đầu điôt D xuất hiện suất điện
động và năng lợng từ trờng Li
2
/2 sẽ đợc giải phóng qua điốt D
Tại cuộn dây thứ j ta có phơng trình : V
CC
= E+L.(di/dt)+i.r;
trong đó:

V
CC
: điện áp một chiều cấp vào;
r=R
S
+R: tổng trở toàn mạch;
i: dòng điện tức thời trong cuộn dây;
E: suất điện động quay, cảm ứng trong cuộn dây stato bởi từ tr-
ờng của nam châm vĩnh cửu của rôto, chỉ tồn tại khi rôto đang quay từ
vị trí thứ i sang vị trí thứ j, khi rôto đứng yên ở trạng thái giữ thì E=0;
i=(V
CC
-E)/r.(1-e
t/T
)
Giải phơng trình vi phân trên ta đợc biểu thức cho dòng điện:
Trong đó: T=L/r- hằng số thời gian.
Nh vậy là dòng điện không xác lập ngay lập tức mà tăng lên từ từ:
- Khi bắt đầu khởi động (E=0), dòng điện tăng với hệ số góc V
CC
/L,
- Sau điểm khởi động, dòng điện tăng với hệ số góc (V
CC
-E)/L cho
đến khi rôto dừng ở vị trí mới, lúc đó dòng điện đạt tới giá trị I
0
.
- 13 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
- Sau khi rôto dừng ở vị trí mới,dòng điện tiếp tục tăng với hệ số góc

V
CC
/L đến giá trị xác lập V
CC
/r.
Đặc tuyến thời gian(và góc) của dòng điện stato đợc biểu diễn trên hình
sau:


Từ các kết quả trên rút ra những nhận xét quan trọng sau:
a, phải thiết kế sao cho dòng điện xác lập không vợt quá dòng điện tối
đa cho phép(V
CC
/rI
max
) nếu sau khi quay một bớc rôto dừng và duy trì ở vị
trí ở vị trí giữ.
b, Nếu sau khoảng thời gian t
1
, rôto quay xong góc bớc , ta lại chuyển
mạch để rôto quay bớc tiếp theo thì dòng điện không bao giờ đạt tới giá trị
xác lập. Điều đó giải thích tại sao khi quay với tốc độ lớn dòng điện cấp cho
động cơ lại nhỏ.
c, Nếu tăng tỷ số V
CC
/r thì thời gian để động cơ quay một bớc (t
1
) sẽ nhỏ
đi do dòng điện đạt đến giá trị I
0

nhanh hơn. Điều đó giải thích tại sao muốn
cho động cơ quay nhanh thì phải cấp điện áp cao. (Điện áp này lớn gấp nhiều
lần điện áp danh định U của động cơ, cho theo Catalog).
d, Nếu dòng điện cha đạt đến giá trị I
0
khi t<t
1
mà đã ngắt nguồn thì không
chắc chắn động cơ sẽ quay đợc một bớc(mất bớc). Điều này ngời thiết kế
phải tính đến khi chọn các khoá điện tử.
3.2. Điều khiển dòng-áp băng hệ số L/R
Đây là cách đơn giản nhất,chỉ áp dụng cho các động cơ có công suất rất
nhỏ.
Bản chất của kiểu điều khiển này là khi ở trạng thái ở trạng thái giữ thì
nguồn chịu tải chính là R
S
, khi dịch bớc thì nguồn chịu tải chính là cảm
kháng Z
L
.
Muốn cho động cơ quay với tốc độ cao thì phải chọn V
CC
lớn, trên thực tế là
bằng 7ữ15 lần điện áp định mức U. Do đó khi ở chế độ giữ, công suất tiêu
tán trên điện trở nối tiếp R
S
rất lớn:
P=I
2
.R

S
=(V
CC
-U)
2
/R
S
- 14 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
Công suất tổn hao này một mặt lãng phí, mặt khác có thể làm nóng và cháy
điện trở nối tiếp R
S
.
3.3. Điều khiển dòng-áp bằng độ rộng xung:
Xuất phát từ nhận xét d, bản chất của kiểu điều khiển này nh sau:
- ở chế độ dịch bớc,cuộn dây pha đợc cấp một xung có độ rộng
sao cho rôto có thể dịch đợc bớc, nghĩa là dòng i đạt đến mức I
0
<i<I
max
.
- Sau khi dịch bớc,ở chế độ giữ, ta không cấp dòng một chiều(nh
phơng án hệ số L/R) mà cấp xung điện áp cao và tần số cao hơn. Lúc này
điện cảm L của cuộn dây pha có tác dụng nh một bộ lọc tich phân và dòng
điện trung bình làm nhiệm vụ sinh ra mômen giữ.
Sơ đồ điện áp và dòng điện của cuộn dây pha trong trờng hợp này
nh sau:
Sơ đồ xung điện áp và dòng điện của cuộn
dây stato khi điều khiển bằng độ rộng xung
Kinh nghiệm cho thấy, đối với phần lớn các loại động cơ bớc, tần số

xung trong lúc giữ là 20 kHz; còn độ rộng xung chủ yếu khảo sát thực tế đối
với từng loại động cơ bớc, hoặc tính đợc từ phơng trình 27 khi biết chắc chắn
các tham số I, U, L của loại động cơ bớc đó, hoặc đợc khống chế tự động nhờ
việc theo dõi dòng điện i trong cuộn dây pha.
Kiểu điều khiển này có một số nhợc điểm sau:
- Mạch điều khiển phức tạp và đòi hỏi transisto làm nhiệm vụ khoá
điện tử phải có tốc độ đóng cắt nhanh, công suất lớn.
- Trong thời gian giữ, từ trờng thay đổi liên tục làm nóng động cơ;
đồng thời transisto đóng cắt cũng liên tục phải chịu các xung điện áp thận
nghịch khá cao nên ở mức độ nào đó cũng bị nóng.
- Không áp dụng cho chế độ vi bớc.
- các xung điện áp cao và tần số cao cùng với từ trờng thay đổi liên
tục gây nhiễu radio và nhiễu điện từ trờng, nhiều khi làm cho mạch điều
khiển không hoạt động.
3.4. Điều khiển dòng-áp bằng điện áp hai mức
- 15 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
Kiểu điều khiển này dựa theo nguyên tắc sau:
- Khi ở chế độ giữ, ta cấp cho cuộn dây pha một điện áp thấp, đúng
bằng điện áp danh định U, và do đó dòng điện cũng đạt tới danh định nhng
không có công suất tiêu tán trên nguồn
- Khi ở chế độ dịch bớc, đồng thời với việc cấp xung điều khiển, ta
cấp cho cuộn dây pha một điện áp V
CC
rất cao và đo dòng điện trong cuộn
dây. Khi dòng điện đạt đến giá trị đủ để động cơ quay một bớc, ta ngắt điện
áp cao và đa điện áp thấp vào.

Giản đồ xung điều khiển điện áp 2 mức
Tại thời điểm t

0
khi cuộn dây pha đợc cấp dòng để chuyển bớc, xung X
C
cũng lên 1 để cấp điện áp cao V
CC
bằng bóng bán dẫn T
1
. Lúc đó điot D tự
động khoá nguồn U do có phân cực ngợc(V
CC
>U). Dòng điện bắt đầu tăng
dần cho đến khi:
i.R
S
=I
max
.R
S
=U
S
thì bộ so sánh C1 xuất ra xung X
RS
xóa tín hiệu X
C
, T
1
ngắt điện áp cao V
CC
ra khỏi mạch, lấp tức điôt D đóng nguồn thấp U để duy trì trạng thái giữ của
rôto. Xung điều khiển X

đk
vẫn đợc duy trì cho đến khi việc điều khiển đợc
chuyển sang cấp điện cho pha khác và không cấp điện cho pha nay
Phần IV
- 16 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
Giới thiệu vi mạch điều khiển động cơ bớc L297 và L298.
1. Vi mạch điểu khiển động cơ bớc L297.
Hãng sản xuất: SGS- THOMSON Microelectronics.
Vi mạch L297 tích hợp tắt cả các mạch điện tử cần thiết để điều khiển
động cơ bớc lỡng cực và đơn cực. Sử dụng cùng với mạch cầu công suất kép
nh L298 tạo ra một bộ ghép nối hoàn chỉnh giữa bộ vi xử lý và động cơ kiễu
lỡng cực. Động cơ bớc kiểu đơn cực cũng có thể điều khiển đợc bằng L297
cộng 4 cụm công xuất mắc theo kiểu Đalingtơn.
Vi mạch điều khiển động cơ bớc L297 trớc hết sử dụng cùng với cầu
công xuất L298 hoặc L293E trong các ứng dụng điều khiển động cơ bớc.
L297 nhận tín hiệu điều khiển từ hệ thống điều khiển, thờng là chip vi
xử lý trung tâm và tạo ra tất cả các dạng xung điều khiển cho tầng công suất.
Hơn thế nữa, nó bao hàm hai bộ chopper điều khiển độ rộng xung PWM để
điều khiển dòng điện trong các cuộn dây pha.
Với việc hạn chế công suất phù hợp, L297 điều khiển đợc động cơ
nam châm vĩnh cửa 2 pha, động cơ nam châm vĩnh cửu 4 pha và động cơ có
từ trở thay đổi 4 pha. Ngoài ra, nó có thể điều khiển ở cả hy chế độ cả bớc
hay nửa bớc.
Các u điểm
Vi mạch L297 cộng với mạch công suất L298 có nhiều u điểm: cần ít
linh kiện, yêu cầu phần mềm rất đơn giản nên giảm tải cho bộ vi xử lý. Thêm
vào đó, việc lựa chọn cặp vị mạch đồng bộ (L297 và L298) có độ linh hoạt
nhất định. Bản thân L298 có thể sử dụng riêng cho đồng cơ một chiều, còn
L297 có thể sử dụng cho bất kỳ tầng công suất nào kể cả linh kiện rời.

Đối với động cơ lỡng cực có dòng điện pha không quá 2A thì nên sử
dụng L297 đồng bộ với L298; nếu dòng điện dới 1A thì tốt hơn hết là sử
dụng L293E. khi dòng điện lớn hơn thì sử dụng bóng bán dẫn công suất hoặc
cặp Đalinhtơn.
Vi mạch L297 đợc chế tạo bỡi hãng SGS bằng công nghệ I
2
L phù hợp
dạng thức Analog/Digital và đóng vỏ nhựa dạng DIP dạng 20 chân. Vi mạch
sử dụng nguồn 5V và các đầu ra thích hợp chuẩn TTL/CMOS hoặc kiểu bóng
bán dẫn collector hở.
- 17 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp

Sơ đồ dạng Dip 20 chân và chức năng các chân.
2. vi mạch L298
L298N có 2 mạch cầu công suất, mỗi mạch đợc điều khiển bằng 2 tín
hiệu TTL và một đầu cho phép cũng mức TTL. Thêm vào đó, các cực Emitter
của các bóng công suất dới đợc đa ra ngoài cho phép đấu điện trở cảm biến
dòng điện R
SA
và R
SB
.
Sơ đồ nguyên lý mạch của L298.
Với L298N, SGS đã sử dụng công nghệ cấy ion ở điện áp và dòng điện
cao nên cho phép nó có công suất hiệu dụng đến 160W(46V/2A). Vi mạch
cần một nguồn 5V riêng biệt để giảm công suất tiêu tán và cho phép nối
thẳng với L297 hoặc các tín hiệu logic điều khiển khác.
- 18 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp

3- Thiết lập thứ tự điều khiển pha.
Trái tim trên sơ đồ của vi mạch L297 là khối biến đổi
(TRANSLATOR). Nó tạo ra thứ tự điều khiển pha cho chế độ nửa bớc, cả b-
ớc 1 pha và cả bớc 2 pha. Khối này đợc điều khiển bởi ba tín hiệu vào: Chiều
quay(CW/CCW), (half/FULL) và một xung dịch bớc, xung này giúp cho
khối biến đổi dịch chuyển từ bớc hiện thời sang bớc tiếp theo.
Bốn tín hiệu ra từ bộ biến đổi đến bộ logic đầu ra để tạo ra các tín hiều
điều khiển, trong đó có cả tín hiều thực hiện chức năng cấm và chopper.
Sơ đồ khối của vi mạch L297, bao gồm một bộ
biến đổi (TRANSLATOR), một bộ tạo xung
chopper kép PWM và bộ logic điều khiển đầu ra
Về chức năng bên trong thì khối biến đổi gồm bộ đếm 3 bit và một số
mạch logic tổ hợp để tạo ra tập hợp mã Gờrây cho 8 bớc cơ bản nh hình sau:

Tám trạng thái logic cơ bản của bộ TRANSLATOR. Các trạng thái ở
đây là cho chế độ điều khiển nửa bớc, quay thuận kim đồng hồ
Cả ba chế độ điều khiển đều có thể tạo ra một cách dể dàng từ 8 trạng
thái chủ đạo trên. Thứ tự đã nêu của 8 trạng thái phục vụ trực tiếp cho chế độ
điều khiển nửa bớc, đợc chọn với mức cao của tín hiệu HALF/FULL.

- 19 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
- Chế độ điều khiển nửa bớc khi không ở trạng thái chopping
Dạng xung ra cho chế độ điều khiển nửa bớc khi không ở trạng thái
chopping.
Khi tín hiệu HALF/FULL xuống thấp thì có chế độ điều khiển cả bớc.
Các trạng thái và xung ra khi cấp dòng điện đồng thời cho 2 pha ở
chế độ cả bớc. Các tín hiệu INH1 và INH2 đều cao.
- 20 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp

Các trạng thái và dạng xung ra khi chỉ cấp dòng
điện cho 1 pha ở chế độ cả bớc.
4. Các tín hiệu INH1 và INH2
Trong chế độ cả bớc và nửa bớc 1pha, 2 tín hiệu này đợc tạo ra để nối
ghép với tín hiệu cho phép của vi mạch L298 nhằm tăng tốc dòng điện d khi
các cuộn dây pha ngắt.
Vì cả hai cuộn dây đều đợc cấp điện thờng xuyên trong chế độ cả bớc 2
pha, không cuộn nào ngắt điện nên lúc đó không cần tạo ra tin hiệu này.
Hai tín hiệu INH1 và INH2 đợc tạo ra bởi hàm:
INH1=A+B
INH2=C+D
5. Các tín hiệu khác
Hai tín hiệu khác cũng đợc nối với khối biến đổi(TRANSLATOR). Đó
là tín hiệu RESET và home. Reset là tín hiệu không đồng bộ, nó đa khối biến
đổi về trạng thái gốc (ABCD=0101). Tín hiệu ra HOME chỉ thị trạng thái
này và thờng đợc nhân logic với tín hiệu ra của đầu cảm nhận góc bằng cơ
khí.
Cuối cùng tín hiệu ENABLE đợc đa vào khối logic đầu ra. Khi tín
hiệu này xuống thấp thì tất cả các tín hiệu ra INH1, INH2, A, B, C và D đều
ở mức thấp. ENABLE dùng để cấm bộ công suất cấp điện cho động cơ khi
hệ thống khởi động.
6- Điều khiển dòng tải
Vi mạch L97 điều khiển dòng tải bằng bộ chopper PWM. Một bộ cho 1
pha của động cơ lỡng cực hoặc là một bộ cho cặp cuộn dây của động cơ đơn
cực(4 pha).
Mỗi bộ chopper đợc cấu tạo từ một mạch so sánh, mạch lật trạng
thái(flip-flop) và một điện trở cảm biến dòng ở bên ngoài. Bộ dao động
chung trong chip cung cấp xung tần số chopper cho cả hai bộ chopper.
Trong mỗi bộ chopper nh vậy(xem hình vẽ), mạch flip-flop đợc Set bởi mỗi
xung từ bộ dao động, cho phép tín hiệu ra để dòng điện tăng dần. Khi dòng

điện tăng, điện áp trên điện trở cảm cũng tăng. Khi điến áp này đạt đến giá
trị V
ref
thì flip-flop Reset, cấm đầu ra cho đến khi có xung tiếp theo từ bộ dao
động. Tín hiệu ra của mạch điện này là một tín hiệu PWM có tần số không
đổi. Giá trị V
ref
xác định dòng tải cực đại.
- 21 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
sơ đồ chức năng của bộ tạo xung chopper
điều khiển dòng điện.
7. Điều khiển dòng tín hiệu pha và bằng tín hiệu INHIBIT.
Việc điều khiển dòng điện(chopping) có thể thực hiện hoặc bằng các tín
hiệu pha(ABCD) hoặc bằng các tín hiệu INHIBIT(INH1 và IHN2). Tín hiệu
CONTROL(chân 11) đảm nhận việc xác định xác định chopping bằng cách
nào.
- Nếu CONTROL=1 thì chopping bằng tín hiệu pha.
- Nếu CONTROL=0 thì chopping bằng tín hiệu INHIBIT.
Với động cơ bớc đơn cực ta chọn điều khiển bằng tín hiệu INHIBITl với
động cơ lỡng cực ta chọn cả hai cách.
Chopping bằng tín hiệu pha. Dòng điện X bị ngắt bởi B
Và tiếp tục chạy ttheo vòng Y. Nếu ngắt bởi A, nó sẽ chạy theo
Vòng Z và tăng công suất tiêu tán trên R
S
.

- 22 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
Chopping bằng INHIBIT. Dòng điện chạy qua Q1, cuộn dây và Q4 đợc ngắt

bởi INH1. Dòng điện d chạy qua D2 và D3 .
ứng dụng
Phần thiết kế mạch điều khiển sử dụng L297 và L298 điều
khiển động cơ bớc lỡng cực :
Mạch điều khiển động cơ bớc bao gồm :
- L297 điều khiển mạch cầu L297.
- L298 mạch cầu công suất kép cung cấp tín hiệu cho các điều khiển
động cơ bớc.
Sơ đồ mạch nh sau:
- 23 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
sơ đồ đấu nối L297 và L298 để điều khiển động cơ
bớc lỡng cực với dòng điện cực đại 2A
Thuyết minh nguyên lý làm việc của mạch.
Mạch điện sử dụng thêm mạch cầu ngoài cung cấp tín hiều cho các cuộn
dây của mạch điều khiển sử dung 8 điốt tác động nhanh.
Mạch điện sủ dụng các điện trở R
S1
và R
S2
có chức năng là điện trở cảm
biến dòng điện. Khi dòng điện lớn chạy qua R
S
sinh ra điện áp lớn hơn điện
V
ref
thì flip-flop bên trong L297 sẽ Reset, cấm đầu ra cho đến khi có xung tiế
theo từ bộ dao động. Bộ dao động RC cấp xung cho flip-flop thông qua chân
16(L297).
L297 có đầu vào gồm:

- Tín hiệu điều khiển đảo chiều quay: chân 17(CW/
CCW
).
- tín hiệu Clock là tín hiệu điều khiển việc cấp xung cho cuộn dây. mỗi
khi xuát hiện tín hiệu này thí trạng thái của cuộn dây sẽ thay đổi- chân 18
Clock
- Tín hiệu điều khiển chế độ hoạt động của động cơ: cả bớc hay nửa bớc
(HALF/
FULL
) chân 19.
- tín hiệu Reset đa khối biến đổi về trạng thái gốc (0101).
- tín hiệu ENABLE, tín hiệu này ở mức thấp thì tất cả các tín hiệu ra
INH1, INH2, A, B, C và D ơ mức thấp. ENABLE dùng để cấm bộ công
suất cấp điện cho động cơ khi khởi động.
- Vref đợc nối với nguồn 5(V) tạo tín hiệu so sánh.
L298 có 4 đầu ra cặp chân số (2 ,3) và cặp chân số (13,14) chúng sẽ
cấp tín hiệu cho cuộn dây động cơ bớc.
Mạch thiết kế theo nguyên tắc điều khiển Dòng-áp bằng độ rộng xung.
- 24 -
báo cáo thực tập tôt nghiệp
điều khiển động cơ ở chế độ nửa bớc.
Khi thực chế độ nửa bớc (HALF=1) tín hiệu đầu ra ở trên L297 và thì
điện áp xuất hiện trên các cuộn dây động cơ bớc nh sau:
Dạng điện áp trên các cuộn dây của động cơ bơc khi hoạt
động chế độ nửa bơc khi không ở trang thái chopping.
Khi ở dạng chopping thì dạng điện áp và dòng điện ở mỗi cuộn pha ở chế độ
na bớc có dạng nh sau:
- 25 -