Điều khiên động cơ bước 5 pha

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM
KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ

Báo Cáo

Điều khiên động cơ bước 5 pha
HỌ VÀ TÊN:

GVHD:Th.s LÊ VĂN BẠN


1. Nội dung đề tài
Nôi dung đề tài là ”điều khiển động cơ bước 5 pha”
2. Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu về Động cơ bước 5 pha và nguyên lư hoạt động của động cơ bước 5
pha, đồng thời tìm hiểu về 1 số động cơ bước khác va ứng dụng của vi xử lư trong
điều khiển động cơ bước.
3.

Phương pháp nghiên cứu

I.

Nghiên cứu tài liệu, vi xử lý.

II.

Xây dựng mạch thực nghiệm.


Phụ lục

1 Phần lý thuyết

1.1 Giới thiệu động cơ bước

Động cơ bước là loại động cơ điện được dùng để biến đổi các lệnh cho dưới dạng
xung điện thành sự dịch chuyển dứt khoát về góc quay hay đường thẳng như là
bước từng bước mà không cần cảm biến phản hồi.
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, hoặc như một phần tử phụ biến đổi cỏc mó xung thành tín hiệu điều chế
cho một hệ thống nào đó.
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 tŕnh 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…

1.1.1 Với nhiệm vụ và chức năng nói trên, động cơ bước đđ̣i hỏi những yêu cầu
riêng về kĩ thuật, ngoài những yêu cầu chung:
•

Có bước chuyển dịch bé.


•

•
•
•
•

Moment đồng bộ hóa đủ lớn đảm bảo được sai số góc nhỏ nhất khi thực hiện
bước di chuyển.
Không tích lũy sai số khi tăng bước.
Tác động nhanh.
Làm việc đảm bảo khi có cuộn dây điều khiển ít nhất.
Động cơ và cả bộ điều khiển đổi chiều có cấu tạo đơn giản.

1.1.2 Chỉ thị hay động lực.
•
•
•
•
•
•

Thuận nghịch hay không thuận nghịch.
Có một stato hay nhiều stato.
Có một hay nhiều cuộn dây điều khiển (quấn tập trung hay quấn rải).
Roto phản kháng (không có dây quấn)và roto tác dụng (có dây quấn kích
thích hoặc nam châm vĩnh cửu).
Roto hh́nh đĩa hay roto mạch in.
Bước dịch chuyển xoay hay dịch chuyển thẳng trực tiếp.

1.2 Các loại động cơ bước

Tùy theo cấu tạo động cơ bước có những loại như:

1.2.1 Động cơ biến từ trở


Hình 1.1

Nếu motor của bạn 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 từ 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 dưới đây 1 có nghĩa là có dòng


điện đi qua các cuộn, và chuỗi điều 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 điều 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 nhỏ 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.

1.2.2 Động cơ đơn cực


Động cơ bước đơn cực, cả nam châm vĩnh cửu và động cơ hỗn hợp, với 5, 6 hoặc
8 dây ra , 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 tạo bởi cuộn đó.

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,
xếp 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.
1a 1000100010001000100010001
1b 0010001000100010001000100
2a 0100010001000100010001000
2b 0001000100010001000100010
time --->
1a 1100110011001100110011001
1b 0011001100110011001100110
2a 0110011001100110011001100
2b 1001100110011001100110011

Điều khiển nửa bước ( half step )
1a 11000001110000011100000111


1b 00011100000111000001110000
2a 01110000011100000111000001
2b 00000111000001110000011100

1.2.3 Động cơ bước lưởng cực

Mạch điều khiền

Mạch điều khiển cho động cơ đòi hỏi một mạch điều khiển cầu H cho mỗi mấu;
điều 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 của động cơ:

Đầu 1a + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐

++‐‐++‐‐++‐‐++‐‐

Đầu 1b ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐

‐‐++‐‐++‐‐++‐‐++

Đầu 2a ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐

‐++‐‐++‐‐++‐‐++‐

Đầu 2b ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ +

+‐‐++‐‐++‐‐++‐‐+

thời gian ‐‐>

Để phân biệt một động cơ nam châm vĩnh cửu hai cực với những động cơ 4 dây
biến từ trở, 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 cơ 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 với một đầu trung tâm, thì dùng như với động cơ đơn cực điên thế thấp.

1.3 Giới thiệu động cơ bước 5 pha

1.3.1 Cấu tạo

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


Thiết kế phổ biến nhất đối với loại này sử dụng dây nối 5 pha.
Bộ điều khiển cần ½ cầu H cho mỗi một đầu ra của động cơ, nhưng những động
cơ 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).
1.3.2 Sơ đồ kích xung

Với một động cơ 5 pha như trên sẽ quay mười bước
mỗi vòng bước, như trình bày dưới đây:
Đầu 1 + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + +

Đầu 2 ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐

Đầu 3 + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + +

Đầu 4 + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

Đầu 5 ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐

thời gian ‐‐>

Ở đây, giống như trong trường hợp động cơ hai cực, 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 (bởi 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
cách phân biệt cơ 5 pha với các loại động cơ có 5 dây dẫn chính
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 cơ 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
dẫn 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 bởi 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.

2 Phần thực nghiệm
Thiết kế mạch điều khiển động cơ


2.1

Mạch điều khiển


2.2 Mạch công suất

2.3 1 số linh kiện trong mạch

2.3.1 OPTO PC817

Khái niệm: Opto hay còn gọi là cách ly quang là linh kiện tích hợp có cấu tạo
gồm 1 led và 1 photo hay công suất nhu khối có công suất nhỏ với khối điện áp
lớn.


Nguyên lý hoạt động: Khi có dòng nhỏ di qua 2 đầu của led có trong opto làm cho
led phát sáng. Khi led phát sáng làm thông 2 cực của photo diot, mở cho dòng điện
chạy qua.
Tác dụng: Cách ly điều khiển giữa hai tầng mạch điện khác nhau
Với sơ đồ ứng dụng trên.vơi OK1. khi cung cấp 5V vao chân số 1, LED phía trong
Opto nối giữa chân số 1 và 2 sáng, xảy ra hiệu ứng quang điện dẫn đến 3-4
thông,mức logic sẽ bị chuyển từ 1 sang 0 mà không cần tác động trực tiếp từ IC.
Mục đích: Nếu có sự cố từ tầng ứng dụng như cháy, chập, tăng áp,...thì cũng
không làm ảnh hưởng đến tầng điều khiển.

2.3.2 Mosfet

IRF 540

IRF9530

Nguyên lý hoạt động cơ bản
Nguyên lý hoạt động cơ bản của tranzito trường là dòng điện đi qua một môi
trường bán dẫn có tiết diện dẫn điện thay đổi dưới tác dụng của điện trường vuông
góc với lớp bán dẫn đó. Khi thay đổi cường độ điện trường sẽ làm thay đổi điện trở
của lớp bán dẫn và do đó làm thay đổi dòng điện đi qua nó. Lớp bán dẫn này được
gọi là kênh dẫn điện.

Cấu tạo chung
Tranzito trường có ba chân cực là cực Nguồn ký hiệu là chữ S (source); cực Cửa
ký hiệu là hữ G (gate); cực Máng ký hiệu là chữ D (drain). Cực nguồn (S): cực


nguồn mà qua đó các hạt dẫn đa số đi vào kênh và tạo ra dòng điện nguồn IS. Cực
máng (D): là cực mà ở đó các hạt dẫn đa số rời khỏi kênh. Cực cửa (G): là cực điều
khiển dòng điện chạy qua kênh.

2.3.3 PIC16f887

Sơ đồ chân

Họ vi điều khiển PIC và dsPIC do hãng mikrochip chế tạo và sản xuất với công
nghệ hiện đại, phù hợp cho các ứng dụng đơn giản cho đến phức tạp. Đặc biệt
ngoài


ngôn ngữ lập trình assembler như các MCU khác, người dùng có thể lập trình PIC
trên ngôn ngữ C quen thuộc thông qua các phần mềm hỗ trợ ( PIC18C ; CCS C
2.3.4 Phần mềm biên dịch

MPLAB

MPLAB là phần mềm chuyên nghiệp để lập trình cho vi điều khiển với các tính
năng nổi bật
+ Tạo môi trường lập trình C, ASM : nhúng CCS C Compiler, HTPIC C Compiler
và các Compiler khác.

+ Debug và mô phỏng kết hợp chươn trình nạp.
+ Quản lý project dễ dàng.

2.4 sơ đồ điều khiền

Khối điều khiền

Khối công
suất

Động cơ


2.5 Lưu đồ giải thuật
Begin

Nhâp giá trị
“goc”

RB6=0

Động cơ
quay thuận
(với giá trị
“goc” đã
nhập)

RB7=0

Động cơ

quay
nghịch
(với giá trị
“goc” đã
nhập)


2.6 Chương trình điều khiền

#include<htc.h>
#include<stdio.h>
#include"lcd.h"
__CONFIG(INTIO&MCLREN&WDTDIS&
PWRTEN&UNPROTECT&FCMDIS&BORDIS&LVPDIS&IESODIS);
unsigned char a,i,n,m,e,d,v;
long goc,c,b;
unsigned char T[5]={0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F};
unsigned char N[5]={0x7F,0xBF,0xDF,0xEF,0xF7};
void delay_s(int e);
void delay_2(int e);
void GT();
void quay3(long e);
void quay1(long e);
void quay2(long e);
void phim ();
void vantoc();
void hienthi(int u);
//////////////////////////////////////////////////
void hienthi(int u)
{

printf("\f%d DO V=%d V/P",u,v);
_delay(200000);
}
/////////////////////////////////////////////////CHON VAN TOC
void vantoc()
{
lcd_gotoxy(3,2);
printf("\fCHON VAN TOC !!");
_delay(200000);
while(1)
{
RB0=0;RB1=1;RB2=1;RB3=1;
if(RB4==0) {a=3;v=16;delay_s(2);printf("\fV = 16 VONG/PHUT");}
if(RB5==0) {a=48;v=4;delay_s(2);printf("\fV = 4 VONG/PHUT");}

RB1=0;RB3=1;RB2=1;RB0=1;
if(RB4==0) {a=4;v=12;delay_s(2);printf("\fV = 12 VONG/PHUT");}
if(RB5==0) {a=144;v=1;delay_s(2);printf("\fV = 1 VONG/PHUT");}

RB2=0;RB3=1;RB1=1;RB0=1;
if(RB4==0) {a=8;v=6;delay_s(2);printf("\fV = 6 VONG/PHUT");}


RB3=0;RB2=1;RB1=1;RB0=1;
if(RB4==0){delay_s(2) ;break;}

}

}
////////////////////////////////////////////////////
void delay_2(int e)
{
unsigned char j;
for(j=1;j<=e;j++)
{
_delay(1000);
}
}
////////////////////////////////////////////////////
void delay_s(int e)
{
unsigned char j;
for(j=1;j<=e;j++)
{


_delay(100000);
}
}
//////////////////////////////////////////////////
void GT()
{
for(d=16;d<=49;d++)
{
lcd_gotoxy(d-e,0);
printf("HELLO !!! ");
_delay(100000);
e=e+2;

}
e=0;
}
/////////////////////////////////////////////////////CHE DO LIEN TUC
void quay3(long e)
{

TRISC=0;
PORTC=0;
n=0;