Truyện động bằng động cơ bước

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG CƠ
BƯỚC
I _ CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ BƯỚC
 Động cơ bước được phân thành ba loại chủ yếu sau :
1. Động cơ nam châm vónh cửu : Hay còn gọi là động cơ bước kiểu tác dụng và thường
được chế tạo có cực móng. Động cơ này có góc bước thay đổi từ 6
0
÷ 45
0
trong chế độ
điều khiển bước đủ, mômen hãm từ 0,5 ÷ 25 Ncm, tần số khởi động lớn nhất là 0,5
và tần số làm việc lớn nhất ở chế độ không tải là 5 Khz.
Hình 2-1: Cấu tạo động cơ bước vónh cửu

1 và 2) Hai nửa Stator có dạng cực móng được từ hóa với cực N và S xen kẻ nhau;
3) Hai cuộn stato (một cuộn điều khiển đơn cực và một cuộn điều khiển lưỡng cực) được
đặt ở bên trong hai nửa stator; 4)Rotor nam châm vónh cửu có các cực từ xen kẻ.
2. Động cơ bước có từ trở thay đổi : Hay còn gọi là động cơ phản kháng. Kiểu động
cơ này có góc nằm trong giới hạn từ 1,8
0
÷ 30
0
trong chế độ điều khiển bước đủ,
mômen hãm từ 1÷ 50 Ncm, tần số khởi động lớn nhất là 1 Khz, và tần số làm việc lớn
nhất trong điều kiện không tải là 20 Khz. Stato được chế tạo thành dạng răng với
bước cực βs. Cuộn dây pha (2) được quấn trên 2 hoặc 4 răng đối xứng nhau, roto của
động cơ cũng được chế tạo thành dạng răng có bước cực βr.
TỐT NError! Bookmark not defined.GHIC
Quá trình điều khiển bước đủ. Hình 2-4: Cấu tạo động c
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH

Hình 2-2 :Cấu tạo động cơ bước có từ trở thay đổi
1) Stato được chế tạo thành dạng răng; 2) Cuộn dây pha; 3) Roto có từ trữ
thay đổi được chế tạo thành dạng răng.
3. Động cơ bước hổn hợp :
Hay còn gọi là động cơ bước cảm
ứng, có góc bước thay đổi trong khoảng
0,36 - 15
0
trong chế độ bước đủ, mômen
hãm từ 3 - 1000 Ncm, tần số khởi động
lớn nhất là 40 khz. Trong các loại động
cơ bước kể trên thì động cơ bước hổn hợp
được sử dụng nhiều hơn cả. Vì loại động
cơ này kết hợp các ưu điểm của hai loại
động cơ trên đó là: Động cơ nam châm
vónh Cửu với dạng cực móng, và động cơ
có từ trở thay đổi.

Cấu tạo của động cơ bước thay đổi hổn hợp là sự kết hợp giữa động cơ bước nam
châm vónh cữu và động cơ bước có từ trở thay đổi. Phần Stato được cấu tạo hoàn toàn
giống Stator của động cơ bước có từ trở thay đổi. Trên các cực của Stato được đặt các
cuộn dây pha, mỗi cuộn dây pha được quấn thành 4 cuộn dây (h.2-3) hoặc được quấn
thành 2 cuộn dây (h.2-4) đặt xen kẻ nhau để hình thành lên các cực N và S đồng thời đối
diện với mỗi cực của bối dây là răng của Roto và cũng được đặt xen kẽ giữa hai vành
răng số 3 của Roto.
♦ Động cơ hổn hợp cũng được chế tạo với 2, 4 và 5 pha, động cơ 2 và 4 pha thường cho
góc bước từ αs = 0,9
0
- 15
0

cò động cơ 5 pha thường có có góc bước từ αs = 0,18
0
-
0,27
0
.
♦ Bước răng của Roto được xác đònh bằng biểu thức sau:
ZrZr
r
0
3602
==
π
β
Trong đó: Zr là số răng của Roto
♦ Góc bước của động cơ là tỷ số giữa bước răng βr và số pha m của động cơ khi cuộn
dây được điều khiển lưỡng cực :
m
r
s
β
α
=
♦ Động cơ hổn hợp có tần số bước và độ phân giải cao, có mômen quay và mômen hãm
lớn.
TỐT NError! Bookmark not defined.GHIC
c/vòng
1) Hai pha điều khiển lưỡng cực
2) Stator dạng răng.
3) Cuộn dây pha điều khiển lưỡng

cực.
4) Hai vành răng ngoài của rotor.
Nam châm vónh cửu được
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
♦ Trong chế tạo động cơ bước ngoài ba loại chính kể trên, để có góc bước thay rất nhỏ
người ta còn chế tạo động cơ bước từ trở thay đổi có nhiều tầng, kết cấu của loại này
được trình bày ở hình .
♦ Loại
động cơ này thường được chế tạo 2, 3, 4
tầng trình bầy kết cấu của động cơ
bước từ trở thay đổi có ba tầng.
Trong mỗi tầng số răng của Stato và
Roto giống nhau. Vò trí răng của 3
Stato được đặt giống nhau và được
cố đònh trên trục Roto, nhưng vò trí
răng của 3 Stato được đặt lệch nhau
1/3 bước răng.
♦ Góc lệch giữa hai tầng kề nhau được
xác đònh bằng biểu thức sau:
Zrmm
r
0
360
==
β
φ
Nếu Roto có Zr = 12 răng thì góc lệch nhau giữa hai tầng kề nhau là 10
0
♦ Khi có một xung dòng điện điều khiển đặt vào tầng 1 thì răng của Roto và Stato đối
đỉnh nhau (vì từ thông chỉ khép kín tại vò trí có từ trở nhỏ nhất). Lúc này răng của

Roto và Stato ở tầng 2 lệch nhau 1 góc là 10
0
, còn răng của Roto và Stato ở tầng 3
lệch nhau là 20
0
. Cắt xung dòng điện điều khiển vào tầng 1 và các xung dòng điện
điều khiển vào tầng thì Roto của tầng 2 quay một góc 10
0

để đỉnh răng của Roto trùng
với đỉnh răng của stato ở tầng 2, lúc này răng của Roto và Stato của tầng 3 lệch nhau
một góc là 10
0
so với tầng 2. Quá trình điều khiển tiếp tục cho tới khi trở lại tầng 1.
Cuối cùng ta có quá trình điều khiển theo trình tự 1-2-3-1
II _ ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC
Động cơ bước thực chất là động cơ đồng bộ hoạt động dưới tác dụng của các xung
rời rạc và kế tiếp nhau. Khi một xung dòng điện hoặc điện áp đặt vào cuộn dây phần
ứng của động cơ bước, thì roto (phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một góc nhất đònh, và
được gọi là bước của động cơ, khi các xung dòng điện đặt vào cuộn dây phần ứng liên
tục thì roto sẽ quay liên tục.
Vò trí của trục động cơ bước được xác bằng số lượng xung, và vận
tốc của động cơ tỷ lệ với tần số xung, và được xác đònh bằng số bước/giây
(second). Tính năng làm việc của động cơ bước được đặt trưng bởi bước
được thực hiện, đặt tính góc (quan hệ của mômen điện từ theo gốc giữa
trục của Roto và trục của từ trường tổng), tần số xung giới hạn sao cho các
quá trình quá độ, khi hoàn thành một bước có thể tắt đi trước khi bắt đầu
bước tiếp theo. Tính năng mở máy của động cơ, được đặt trưng bởi tần số
xung cực đại có thể mở máy mà không làm cho Roto mất đồng bộ (bỏ
TỐT NError! Bookmark not defined.GHIC

Trang
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
bước). Tuỳ theo kết cấu của từng loại động cơ, mà tần số động cơ có thể
tiếp nhận được từ 10 đến 10.000 Khz.
♦ Bước của động cơ (giá trò của góc giữa hai vò trí ổn đònh kề nhau của Roto) càng nhỏ
thì độ chính xác trong điều khiển càng cao. Bước của động cơ phụ thuộc vào số cuộn
dây phần ứng, số cực của Stato, số răng của Roto và phương pháp điều khiển bước đủ
hoặc điều khiển nữa bước. Tùy theo yêu cầu về độ chính xác và kết cấu của động cơ,
mà bước của động cơ thay đổi trong giới hạn từ 180
0
- 0,18
0
. Trong đó: động cơ bước
nam châm vónh cửu dạng cực móng và có từ trở thay đổi từ 6
0
- 45
0
, động cơ bước có
từ trở thay đổi có góc bước nằm trong giới hạn từ: 1,8
0
- 30
0
, và động cơ bước hỗn hợp
có góc bước thay đổi trong khoảng 0,36
0
- 15
0
. Các giá trò góc của các loại động cơ kể
trên được tính trong chế độ điều khiển bước đủ.
♦ Chiều quay của động cơ bước không phụ thuộc vào chiều dòng điện chạy trong các

cuộn dây phần ứng, mà phụ thuộc vào thứ tự cuộn dây phần ứng được cấp xung điều
khiển. Nhiệm vụ này do bộ chuyển phát thực hiện.
♦ Số cuộn dây phần ứng (hay cò gọi là cuộn dây pha) của động cơ bước được chế tạo từ
2 - 5 cuộn dây pha (hay còn gọi là bối dây) và được đặt đối diện nhau trong các rãnh
ở Stato. Đối với cuộn dây phải có hai cuộn dây thì chỉ dùng cho điều khiển lưỡng cực
(cuộn dây có cực tính thay đổi), với 4 cuộn dây có thể dùng cho cả hai chế độ điều
khiển lưỡng cực và điều khiển đơn cực.
III _ 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 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
TỐT NError! Bookmark not defined.GHIC
trở thay đổi có ba tầng
EMBED PBrush
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
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 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.
TỐT NError! Bookmark not defined.GHIC
bước hỗn hợp 5 pha điều khiển lưỡng cực