BÁO CÁO ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH-ĐỀ TÀI ĐỘNG CƠ BƯỚC

Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật

Báo Cáo Điều Khiển Lập Trình

ho Đi n-Đi n T

Đề Tài Động Cơ Bƣớc

LỜI NÓI ĐẦU
Nhằm tìm hiểu và nâng cao kiến thức, đáp ứng yêu cầu bộ môn Điều khiển
lập trình , nhóm chúng tôi đã tham gia nghiên cứu tìm hiểu, tham khảo tài liệu từ
các trang mạng điện tử, các nhóm sinh viên khoá trước. Sau thời gian tìm hiểu
chúng tôi đưa ra bản báo cáo trình bày lại những gì mà nhóm đã nghiên cứu tìm
hiểu được.
Do kiến thức chuyên nghành hạn chế cũng như việc tìm hiểu chưa thực sự
sâu nên phần báo cáo sau đây của chúng tôi không tránh khỏi những thiếu sót,
chưa hoàn thiện. Rất mong được sự đóng góp nhiệt tình từ phía thầy cùng các
bạn. Nhóm cũng không quên cảm ơn các nhóm anh chị sinh viên khoá trước đã
nhiệt tình hướng dẫn nhóm tìm hiểu, cung cấp tài liệu quan trọng để nhóm thực
hiện.

Giảng viên hƣớng dẫn

Nhóm thực hi n :
1.

13741006

2.
3.

13741020

4.

13741089

5.

13742023

6.
7.

Th.s TRẦN KẾ THUẬN


MỤC LỤC
 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ BƢỚC
1 . Khái niệm
2 . Phân loại và cấu tạo
 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN
1 . Nguyên lý hoạt động
2 . Điều khiển
 KẾT NỐI VỚI PLC
 ỨNG DỤNG THỰC TẾ
 TÀI LIỆU THAM KHẢO


Nhận

C

G o Viên

ƣớng Dẫn

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………


P ẦN 1 : KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI.
1 .Khái ni m
1.1 Động cơ bƣớc là gì ?

Động cơ bước là một thiết bị cơ điện chuyển đổi các xung điện thành những
chuyển động cơ học rời rạc. Trục của động cơ bước quay những bước tăng rời rạc
khi các xung điện điều khiển được áp đến nó theo một trình tự hợp lí. Sự quay của
các động cơ liên hệ trực tiếp với các xung được áp vào.Trình tự của các xung áp
vào quan hệ trực tiếp với hướng quay của trục động cơ.Tốc độ quay của trục động
cơ quan hệ trực tiếp với tần số các xung vào và chiều dài vòng quay thì liên hệ trực
tiếp với số lượng các xung điện áp vào.
Động cơ bước có thể được mô tả như một động cơ không dùng bộ chuyển
mạch. Cụ thể, các mấu trong động cơ là Stator và Rotor là nam châm vĩnh cửu
hoặc trong trường hợp của động cơ biến từ trở, nó là những khối răng làm bằng vật
liệu nhẹ có từ tính. Tất cả các mạch đều phải được điều khiển bên ngoài bộ điều
khiển, và đặc biệt các động cơ và bộ điều khiển được thiết kế để động cơ có thể giữ
nguyên bất kì vị trí cố định nào cũng như quay dến bất kì vị trí nào.
Hầu hết các động cơ bước có thể chuyển động ở tần số âm thanh, cho phép
chúng quay khá nhanh, và với bộ điều khiển thích hợp, chúng có thể khởi động và
dừng lại ở vị trí bất kì nào đó.

Hình 1.1 . Một số mẫu động cơ thực tế


1.2 Góc bƣớc và độ phân giải
Góc bƣớc :Góc quay mà trục ĐC quay được khi nhận 1 xung lệnh được gọi
là góc bước . Góc bước bé hơn, số lượng bước trên mỗi vòng quay cao hơn và độ
phân giải cao hơn hay đạt được độ chính xác trong việc điều chỉnh vị trí. Góc bước
có thể nhỏ như 0.72o hay lớn đến 90o.Thông thường, độ rộng góc bước phổ biến là
1.8o, 2.5o, 7.5o và 15o.
Giá trị của góc bước được thể hiện thông qua số lượng cực (răng) tương ứng
của rotor (Nr) và stator (Ns) hay số pha của stator (m) và số răng của rotor
=

hay

Với: Nr: số răng Roto.
Ns: số răng Stator.
m: số pha của Stator

=

Hình 1.2 Góc bước

Độ phân giải: Độ phân giải được định nghĩa là số lượng bước cần để hoàn
thành 1 vòng quay của trục rotor. Độ phân giải cao hơn, độ chính xác trong
việc xác định vị trí đối tượng bằng ĐC sẽ cao hơn.
Độ phân giải =

=


2. Phân loại động cơ bƣớc , cấu tạo cơ bản
Xét về cấu tạo động cơ bước được chia thành 3 loại:
 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu: đơn cực và lưỡng cực.
 Động cơ bước biến trở từ.
 Động cơ bước lai.
Động cơ bước phong phú về góc quay. Các động cơ kém nhất quay 900 độ
mỗi bước, trong khi đó các động cơ nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.80
độ đến 0.720 độ mỗi bước. Với một bộ điều khiển, hầu hết các loại động cơ nam
châm vĩnh cửu và hỗn hợp đều có thể chạy ở chế độ nửa bước, và một vài bộ điều
khiển có thể điều khiển các phân bước nhỏ hơn hay còn gọi là vi bước.
Cấu tạo gồm có 2 phần chính:
+ Stato(Phần tĩnh)

+ Roto(Phần động
Như hình 1.3 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.
Như trong hình, dòng điện đi qua từ đầu trung tâm của mấu 1 đến đầu a tạo ra
cực Bắc trong stator trong khi đó cực còn lại của stator là cực Nam. Nếu điện ở
mấu 1 bị ngắt và kích mấu 2, rotor sẽ quay 30 độ, hay 1 bước. Để quay động cơ
một cách liên tục, chúng ta chỉ cần áp điện vào hai mấu của đông cơ
Hai nửa của một mấu 1 hoặc 2 không được kích cùng một lúc

Hình 1.3 Cấu tạo động cơ nam châm vĩnh cửu kiểu đơn cực


.
Hình 1.4 Cấu tạo động cơ biến từ trở

Dấu thập trong hình 1.4 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.
Để quay động cơ này một cách liên tục, chúng ta chỉ cần cấp điện liên tục
luân phiên cho 3 cuộn .

Hình 1.5 Động cơ bước lai
Pha A được kích thích làm phần đỉnh
cực stator trở thành cực S hút cực N của
rotor và tạo thành đường thẳng theo trục AA’ .
Để quay rotor, pha A ngừng hoạt động
và pha B được kích thích. Rotor sẽ quay theo

chiều kim đồng hồ đủ 1 góc 18o.
Kế tiếp, 2 pha A và B luân phiên hoạt động để làm rotor tiếp tục quay thêm những
góc 18o theo cùng chiều.

2. Nguyên lý hoạ động và điều khiển
2.1 Nguyên lý hoạ động
Khác với động cơ đồng bộ bình thường, Rotor của động cơ bước không có
cuộn dây khởi động mà nó được khởi động bằng phương pháp tần số. Rotor động
cơ bước có thể được kích ( Rotor tích cực) hoặc không được kích ( Rotor thụ
động).
Hình dưới đây là sơ đồ nguyên lý động cơ bước m pha với Rotor có 2 cực và
không được kích.

Hình 2.1 Nguyên lý hoạt động

Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng
bước nên 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 Stator theo thứ tự và theo một
tần số nhất định. Tổng số góc quay của Rotor tương ứng với số lần chuyển mạch,
cũng như chiều quay và tốc độ của Rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số
chuyển đổi.


Hình 2.2 Thứ tự cấp điện các cuộn dây và các bước quay.

2.1.1/ Động cơ n m châm vĩnh c u
Nguyên tắc hoạt động của động cơ này có thể được thể hiện thông qua hình,
Rotor có 2 cực và stator có 4 cực. 2 cực của stator thì được cấp điện bởi một cuộn
dây, động cơ có 2 cuộn dây hoặc được cấp từ 2 pha A và B.
Khi từng pha của stator được cung cấp điện, các cực từ của rotor sẽ dịch

chuyển theo chiều kim đồng hồ với sự kích thích của các cực từ của stator. Các
cuộn dây stator A và B có thể được kích thích bởi một trong hai điện cực (A+ hình
thành nên dòng điện dương iA+ trong pha A và A- hình thành nên dòng điện âm iA).
Khi pha A được kích thích bởi dòng điện dương iA+ . Góc θ = 00

Hình 2.3 Động cơ nam châm vĩnh cữu với góc 00


Nếu chuyển mạch tới pha B, Rotor sẽ quay một góc 90o theo chiều kim đồng hồ

Hình 2.4 Ứng với góc 900
Tiếp theo như hình 2.4, Rotor sẽ quay một góc 90o theo chiều kim đồng hồ nếu
kích thích pha B dòng iB+
Tiếp theo, trong khi pha A được khích thích bởi dòng điện âm iA-, Rotor quay qua
một góc 90o khác theo chiều kim đồng hồ, ta được góc quay 1800

Hình 2.5 Ứng với góc quay 1800


Tương tự khi mà ta kích thích pha B với dòng điện âm iB─ làm rotor tiếp tục quay 1
góc 90o khác trong cùng 1 hướng.

Hình 2.6 Ứng với góc quay 270o

Cuối cùng, kích thích pha A với dòng điện dương iA+ làm cho rotor quay qua
1 vòng 360o.
Hướng quay phụ thuộc vào sự phân cực của pha dòng điện như chuỗi dưới
đây:
iA+ ; iB+ ; iA- ; iB- ; iA+,………………
A+ ; B+ ; A- ; B- ; A+,…………….. theo chiều kim đồng hồ.

iA+ ; iB- ; iA- ; iB+; iA+;……………..
A+ ; B- ; A- ; B+ ; A+;………….…. ngược chiều kim đồng hồ.

2.1.2/ Động cơ bƣớc

i.

Pha A được kích thích làm phần đỉnh
cực stator trở thành cực S hút cực N của
rotor và tạo thành đường thẳng theo trục AA’ .
Để quay rotor, pha A ngừng hoạt động
và pha B được kích thích. Rotor sẽ quay theo
chiều kim đồng hồ đủ 1 góc 18o.


Kế tiếp, 2 pha A và B luân phiên hoạt động để làm rotor tiếp tục quay thêm những
góc 18o theo cùng chiều. Để quay theo chiều kim đồng hồ, các pha phải hoạt động
theo trình tự A+; B+; B─; A─; B+; A+ …

Hình 2.7 Hoạt động động cơ bước lai.

2.1.3/ Động cơ bi n

r .

Khi cuộn 1 được cấp điện, răng 1 của rotor
được hút vào cực A. Nếu dòng qua cuộn 1 bị
ngắt và đóng dòng qua cuộn 2, rotor sẽ quay
30o theo chiều kim đồng hồ và răng 4 sẽ hút
vào cực B.

Hình 2.8 Hoạt động động cơ biến từ trở.


2.2 Điều khiển
Động cơ bước quay theo các bước xác định vì thếnó thường sử dụng chủ yếu
để điều khiển với tốc độ quay biến đổi liên tục, thậm chí phải dừng và đứng yên ở
vị trí bám sát. Với lẽ đó, vận tốc quay của động cơ bước luôn được hiểu là vận tốc
trung bình Vtb.
Vtb=

=

f = :tần số bước( trong t giây ta thực hiện n lần dịch bước, mỗi lần dịch một
bước).
θ : góc 1 bước của động cơ.
*Các chế độ điều khiển : Động cơ bước có thể dùng trong hệ thống điều
khiển vòng hở đơn giản, những hệ thống này đảm bảo cho hệ thống điều khiển gia
tốc với tải trọng tĩnh, nhưng khi tải thay đổi hoặc điều khiển ở gia tốc lớn, người ta
vẫn dùng hệ điều khiển vòng kín với động cơ bước. Nếu một động cơ bước trong
hệ điều khiển vòng hở quá tải, thì tất cả các giá trị về vị trí đều mất và buộc hệ
thống phải nhận diện lại.
Động cơ bước hoạt động ở 3 chế độ: bước đủ (full-step), nửa bước (half-step)
và vi bước (micro-step).
2.3. K t nối với PLC
Một hệ truyền động động cơ bước bao gồm 3 thành phần cơ bản là Controller,
Driver và Step. Ngoài ra chúng thường được kết nối với một số giao diện người
dùng – user interface (máy tính chủ, PLC,...).
Controller (hay Indexer) là một bộ vi xử lý có thể phát ra xung bước và tín hiệu
trực tiếp cho driver. Thêm vào đó, bộ Controller được yêu cầu thể hiện nhiều hàm

chức năng phức tạp khác.
Driver (hay bộ khuếch đại) chuyển đổi tín hiệu lệnh từ Controller thành năng
lượng cần thiết cho động cơ.
Tùy vào từng loại PLC mà nguồn cấp vào plc có thể là 220V AC, 24V DC...
Địa chỉ đầu vào là các thiết bị nhập như công tắc tơ, các bộ cảm biến quang điện,
nút ấn,công tắc, bộ mã hóa, cảm biến....
Địa chỉ đầu ra là các thiết bị xuất : contacto các van điều khiển thông thường,
động cơ bước...


Sơ đồ k t nối dây c

động cơ bƣớc 6 dây:


3.Ứng dụng động cơ bƣớc
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 hóa, 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,
điều khiển bắt, bám mục tiêu trong các khí tài quan sát, điều khiển lập trình 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,…
Dưới đây là một số hình ảnh minh họa ứng dụng hệ:

Điều khiển Rô-bôt

Máy cắt gọt kim loại

Ổ đĩa cứng

Ứng dụng quấn dây.


5 .Tài li u tham khảo


123doc.org - cộng đồng mua bán chia sẻ tài li u hàng đầu Vi t Nam



/>


/>


Đồ án truyền động điện ( sv khoá 2013 ttvd)