DO AN KY THUAT SO điều khiển động cơ bước

Bộ giáo dục và đào tạo

Cộng hòa xà hội

ch nghĩa việt nam
Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định

Độc lập *Tự

do* hạnh phúc

.*o0o*.

Họ và tên : vũ đức hòa

MSSV:07HC720019

Bùi mạnh hiếu MSSV:07HC720015

Lớp
Ngành

:

: CSĐĐT -36

Kỹ thuật điện - điện tử
Tên đề tài:

thiết kế mạch Điều khiển động cơ bớc
1. Các số liệu ban đầu

Điều khiển động cơ bớc 1.8*
Cã phÝm Strat / Stop , F/R
 Cã biÕn trë để thay đổi tốc độ động cơ
Mạch chỉ sử dụng IC số
2 .Nội dung các phần thi công và tính toán
Tính toán và chọn linh kiện cho bộ nguồn
Tính toán và chọn linh kiện phần mạch chọn chiều và
điều khiển quay
Tính toán và chọn linh kiện cho mạch giao tiếp động cơ
3. Các bản vẽ : Các bản vẽ cần thiết để thuyết minh
GVHD

: Ths Hoàng thị Phơng


Nam định
Ngày ......tháng
.năm2009

----------

.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................

.....................................................................................................
.....................................................................................................

----------

2


Lời Mở Đầu

--Trong thế kỷ XX nhân loại đà có những bớc phát triển vợt
bậc về khoa học kỹ thuật và đóng góp không nhỏ vào sự
phát triển đó là sự ra đời của các thiết bị bán dẫn, các IC số
đà giảI quyết đợc nhiều khó khăn trong lĩnh vực công nghệ
và đà mở ra một kỷ nguyên mới của công nghệ , kỷ nguyên
Kỹ thuật số.
Bớc sang thế kỷ XXI xà hội ngày càng phát triển con ngời
ngày càng có nhu cầu cao trong cuộc sống,đòi hỏi các phơng tiện phục vụ đời sống con ngời ngày càng phát triển mÃ
cũng vì thế lĩnh vực kỹ thuật số ngày càng phát triển với
những u điểm vợt trội của nó nh các linh kiện nhỏ gọn,tính
tơng thích cao,giá thành rẻ.Nên các thiết bị sử dụng kỹ thuật
số đà và đang đợc xà hội đón nhận và sử dụng đặc biệt
trong các ngành công nghệ đòi hỏi kỹ thuật cao,trong lĩnh
vực quân sự và công nghệ thông tin đang dần đa nhân
loại vào cuộc sống mới Cuộc sống số.
Chính vì thế mà môn học Kỹ thuật số đang đợc giảng
dạy ở các trờng ĐH-CĐ , các trung tâm dạy nghề đợc coi là
môn học có vai trò hết sức quan trọng giúp cho các sinh viên
có thể tự tin bớc vào cuộc sống mới-cuộc sống số.
Môn học kỹ thuật số là một môn khoa học nó đà giúp cho

các sinh viên có đợc những kiến thức cơ bản nhất về kỹ
thuật số , về những phần tử bán dẫn những con IC, giúp cho
sinh viên hiểu và nắm giữ đợc những nguyên lý cơ bản của
các thiết bị số qua đó có thể thiết kế ,sửa chữa đợc những
3


thiết bị số đơn giản.Giúp sinh viên có năng lực và tự tin bớc
vào cuộc sống.
Là sinh viên khoa Điện-Điện Tử của trờng ĐH S Phạm Kỹ
Thuật Nam Định đang đợc theo học môn học kỹ thuật số với
kiến thức đà đợc học chúng em đang thực hiện đề tài:
Thiết kế một mạch điều khiển động cơ bớc .Động cơ có
góc bớc 1,8 độ nguồn 5V.Các phím Start, Stop, F/R .Mạch
chỉ sử dụng IC số. Có biến trở thay đổi tốc độ quay của
motor. Với sự hớng dẫn của giáo viên Hoàng Thị Phơng
Do khả năng và kiến thức về môn học còn hạn chế nên
trong quá trình thực hiện chúng em đà gặp nhiều khó khăn
nhng với lòng quyết tâm và sự giúp đỡ của thầy cô giáo và
các bạn chúng em đà hoàn thành đợc đề tài của mình song
chắc vẫn còn nhiều thiếu sót. Rất mong đợc sự đóng góp ý
kiến của thầy cô giáo và các bạn để bài viết chúng em đợc
hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn

!

Nam định , ngày ....
tháng ...năm2009
.

Nhóm sinh viên thực

hiện:
Vũ Đức Hoà vàBùi
Mạnh Hiếu

4


Mục lục
Chơng 1 Khái quát chung
Trang
Sơ đồ khối v nhiệm vụ các khối
1.1 Nguồn cấp
..............................................................................6
1.2 Mạch tạo dao
động........................................................................6
1.3 Mạch
đếm.......................................................................................7
1.4 Giao
tiếp.........................................................................................8
Chơng 2 Cơ sơ lý thuyết
2.1 Động cơ bớc 1.8*
2.1.1 Khái
niệm..................................................................................8
5


2.1.2 Động cơ từ trở thay

đổi..............................................................9
2.1.3 Động cơ đơn
cực........................................................................9
2.1.4 Động cơ hai
cực.........................................................................10
2.1.5 Đặc điểm của động cơ bớc.......................................................12
2.1.6 Điều khiển động cơ bớc...........................................................13
2.2.7 Đặc tính của động cơ bớc.........................................................17
2.2 Mạch nguồn
2.2.1 Khái
niệm..................................................................................19
2.2.2 Mạch chỉnh lu
cầu....................................................................20
2.2.3 Lọc thành phần xoay
chiều.........................................................21
2.2.4 ổn định điện
áp..........................................................................23
2.2.5 Tính
toán ....................................................................................24
2.2.3 Mạch dao động sử dụng ic 555
2.3 Mạch dao động
2.3.1 Khái niệm mạch tạo dao
động...................................................26

6


2.3.1 Lý do lùa chän m¹ch t¹o xung dïng IC
555...............................27
2.3.2 Giới thiệu IC

555.......................................................................28
2.3.3 Sự hoạt động bên trong của IC
555 ............................................29
2.4 Mạch đếm
2.4.1 Cổng
not..................................................................................30
2.4.2 Cổng
OR.....................................................................................31
2.4.3 Cổng
AND...............................................................................31
2.4.5 Flip Flop
RS............................................................................34
2.4.6 Flip Flop
JK............................................................................35
2.4.7 Flip Flop
D..............................................................................36
2.4.8 Flip Flop
T..............................................................................37
Chơng 3 Thiết kế và thi công
2.1Sơ đồ nguyên lý
* Nguyên lý hoạt
động...................................................................39
2.1 Mạch cấp nguồn
2.2 Phím start , stop
…………………………………………………40

7


2.3 Điều chỉnh tốc độ

Điều chỉnh tốc độ quay dùng biến
trở..............................................42
2.4 Điều chỉnh chiều quay
3.2.1 Quay
thuận.............................................................................44
3.2.2 Quay
nghịch..........................................................................45
2.5 Khuyêch đại tín hiệu
UNL
2803......................................................................................4
6

Lời cảm ơn
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trờng
ĐHSPKT Nam Định đà tận tình chỉ bảo chúng em trong suốt
thời gian làm đồ án

8


Trong đó phải kể đến các thầy cô trong khoa Điện - Điện
Tử nhất là Ths . Hoàng Thị Phơng đà tận tình giúp đỡ trong
quá trình thực hiện
Nhóm sinh viên làm đồ án xin chân thành cảm ơn sâu
sắc Cha , mẹ và bạn bè đà động viên và giúp đỡ trong thời
gian thực hiện đồ án môn học kỹ thuật số về động cơ bớc
Với thời gian thực hiện đồ án ngắn , dù đà rất cố gắng nhng không tránh khỏi sai sót , Chúng em kính mong nhận đợc
sự chỉ dẫn của Thầy ,Cô...

Nam Định , Ngày Tháng Năm 2009

Nhóm Sinh viên thực hiện:
Vũ đức hòa
Bùi mạnh hiếu

Danh mục các hình vẽ
STT
trang

9


H1.1.sơ đồ hình khối .. .
5
H1.2.Cấu tạo động cơ có từ trở thay đổi
.8,12
H1.3.Động cơ bớc đơn cực
..8,13
H1.4 Động cơ hai cực
....9,15
H1.5 Động cơ bớc đủ
10
H1.6 Động cơ nhiều tầng
...10
H1.7 Mô men của động cơ
.17
H2.1 Sơ đồ khối mạch ổn áp
.18
H2.2 Mạch cầu chỉnh lu .19
H2.3 Đồ thị mạch chỉnh lu
.19

H2.4 Lọc thành phần xoay chiều
...
21
H2.5 IC7805
..22
H2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp
...23
H2.7 Sơ đồ mạch tạo xung
.....25
H2.8 Nguyên lý hoạt đọng ic 555
..28
H3.1 Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ bớc
..38
H3.2 Strat /Stop
.39
H3.3 Điều chỉnh độ rộng xung
40
H3.4 IC khyêch đại
46

10


CHƯƠNG i:

KHáI QUáT CHUNG

Sơ đồ khối

thay đổi

độ rộng
xung

KHốI
TạO XUNG

Thay đổi
chiêu quay

KHốI
ĐếM

KHốI
GIAO TIếP

động
Cơ

NGUồN
CấP

Hinh1.1 Sơ đồ khối
** Nhiệm vụ các khối
1.1

Khối nguồn

11

Nguồn có nhiệm vụ tạo ra nguồn cấp cho các IC số hoạt động
và động cơ với nguồn DC có độ ổn định:
1.2 Khối dao động tạo xung
- Đặt vấn đề: mạch dao động đa hài tạo xung vuông có
nhiều mạch sử dụng nhiều loại linh kiện khác nhau để lắp
ráp, sử dụng nhiều chế độ làm việc khác nhau. Xung vuông
đợc tạo ra đợc ứng dụng rộng rÃi có thể làm xung nhịp xung
điều khiển.
- Ta có một số mạch dao động đa hài tạo xung vuông nh:
mạch dao động đa hài dùng TZT, mạch dao động đa hài
dùng IC 741, mạch dao động đa hài dùng IC 555.
- Chọn mạch dao động dùng IC 555: chu trình làm việc có
thể thay đổi đợc, khả năng cho dòng ra lớn, có khả năng
cung cấp dòng đến 200 mA.
-

Điện thế nguồn nuôi cho phép biến đổi rộng từ 4,5v ữ

16v, đầu ra tơng thích TTL, độ ổn định làm việc cao
(biến đổi 0,005% trong mỗi 0C).
1.3 Mạch đếm
*Đếm là việc sắp xếp các hệ thống số đếm theo một
trình tự nhất định đối với động cơ bớc cần sắp xếp sao
cho đúng trật tự để động cơ quay đúng theo yêu cầu thiết
kế bài ra
- Mạch đếm là loại mạch điện sử dụng các FF ghép lại với
nhau để thực hiện các thao tác đếm khi có tín hiệu xung ở
đầu vào. Nh vậy mạch đếm đà thực hiện thao tác nhờ tín
hiệu xung ở đầu vào sau mỗi xung đầu vào thì đầu ra của
bộ đếm có thể tăng lên hoặc giảm đi 1 đơn vị hoặc thay

đổi theo một trình tự logic nhất định

12


* Có hai loại mạch đếm là đếm không đồng bộ và mạch
đếm đồng bộ
Mạch đếm không đồng bộ
- Xung đếm chỉ đợc đa đến FF đầu tiên ở hàng đơn
vị ( đó là xung CK của FF đơn vị)
- CK của FF phía đằng sau đợc xác định thông qua
trạng thái của các FF trớc.
- Tất cả các FF đợc mắc nối tiếp nhau nên thời gian
trễ lớn, quá trình chuyển mạch chậm.
Mạch đếm đồng bộ
- Để khắc phục nhợc điểm của mạch đếm không đồng
bộ là thời gian trễ lớn ngời ta đuă ra mạch đếm đồng bộ
- Mạch đếm đồng bộ là mạch đếm sử dụng FF JK mà ở
đó CK của tất cả các FF đều giống nhau chính là tín hiệu
xung đến ở đầu vào
- Nh vậy với mạch đếm đồng bộ ta chỉ xét các tín hiệu
vào JK.Không cần quan tâm đến CK vì chúng có CK giống
nhau
=>Trong mạch sử dụng mạch đếm đồng bộ để có thể
tùy ý vị trí đếm của mạch .Vì động cơ quay theo một trật
tự nhất định của nó
1.4 Khối giao tiếp động cơ
Khối này của mạch trình bày về mạch dẫn động khâu cuối
của động cơ
bớc. Mạch này tập trung vào một mạch phát đơn, đóng ngắt

dòng điện trong cuộn dây của động cơ, đồng thời điều
khiển chiều dòng điện. Mạch điện đợc nối trực tiếp với cuộn
dây và cấp nguồn của động cơ, mạch đợc điều khiÓn bëi

13


một hệ thống số quyết định khi nào công tắc đóng hay
ngắt.

Chơng II

Cơ sơ lý thuyết

2.1 Động cơ bớc
2.1.1 Khái niệm : Độnng cơ bớc là một động cơ điện
không

dùng

bộ

chuyển mạch. Cụ thể, các mấu trong

động cơ là stator, và rotor là nam châm vĩnh cửu hoặc
trong trờng hợp của động cơ biến từ trở, nó là những khối
răng làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính. Tất cả các mạch
đảo phải đợc điều khiển bên ngoài bởi bộ điều khiển, và
đặc biệt, các động cơ và bộ điều khiển đợc thiết kế để
động cơ có thể giữ nguyên bất kỳ vị trí cố định nào

cũng nh là quay đến bất kỳ vị trí nào. Hầu hết các động
cơ bớc có thể chuyển động ở tần số âm thanh, cho phép
chúng quay khá nhanh, và với một bộ điều khiển thích hợp,
chúng có thể khởi động và dừng lại dễ dàng ở các vị trí
bất.
*Động cơ bớc đợc phân thành ba loại chủ yếu sau :
2.1.2 Động cơ bớc có từ trở thay đổi : Hay còn gọi là
động cơ phản kháng. Kiểu động cơ này có góc nằm trong
giới hạn từ 1,80 ữ 300 trong chế độ điều khiển bớc đủ,
mômen hÃm từ 1ữ 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 đợc chế tạo thành dạng răng với bớc cực s. Cuộn
dây pha (2) đợc quấn trên 2 hoặc 4 răng ®èi xøng nhau,

14


roto của động cơ cũng đợc chế tạo thành dạng răng có bớc
cực r.
Hình 1-2 :Cấu tạo động cơ bớc có từ trở thay đổi

1) Stato đợc chế tạo thành dạng răng;
2) Cuộn dây pha;
3) Roto có từ trữ thay đổi đợc chế tạo thành dạng răng.
2.1.3Động cơ đơn cực : Hay còn gọi là động cơ bớc kiểu
tác dụng và thờng đợc chế tạo có cực móng. Động cơ này có
góc bớc thay đổi từ 60ữ 450 trong chế độ điều khiển bớc
đủ, mômen hÃm từ 0,5 ữ 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 1-3: Cấu tạo động cơ bớc đơn cực
1 và 2) Hai nửa Stator có dạng cực móng đợc 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 lỡng cực) đợc đặt ở
15


H1.4 Động cơ bớc hỗn hợp

bên trong hai nửa stator; 4)Rotor nam châm vĩnh cửu có các
cực từ xen kẻ.
2.1.4 §éng c¬ bíc hai cùc :

Hinh 1-4 §éng c¬ bíc hai cực

Hay còn gọi là động cơ bớc cảm ứng, có góc bớc thay đổi
trong khoảng 0,36 - 150 trong chế độ bớc đủ, mômen hÃm
từ 3 - 1000 Ncm, tần số khởi động lớn là 40 khz. Trong các
loại động ớc kjhkể trên thì động cơ bớc hổn hợp đợc sử dụng
nhiều hơn cả. Vì loại động cơ này kết hợp các u điểm của
hai loại động cơ trên đó là: Động cơ nam châm vĩnh cửu với
dạng cục móng và động cơ có từ trở thay đổi
Cấu tạo của động cơ bớc thay đổi hổn hợp là sự kết hợp
giữa động cơ bớc nam châm vĩnh cữu và động cơ bớc có
từ trở thay đổi. Phần Stato đợc cấu tạo hồn tồn giống Stator
của động cơ bớc có từ trở thay đổi. Trên các cực của Stato
đợc đặt các cuộn dây pha, mỗi cuộn dây pha đợc quấn
thành 4 cuộn dây (h.2-3) hoặc đợc 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 đợc đặt xen kẽ giữa hai vành răng số 3 của Roto.
16


**Động cơ hổn hợp cũng đợc chế tạo với 2, 4 và 5 pha, động
cơ 2 và 4 pha thờng cho gãc bíc tõ αs = 0,90 - 150 cßn ®éng
c¬ 5 pha thêng cã cã gãc bíc tõ αs = 0,180 - 0,270 .
Thui **Bớc răng của Roto đợc xác định bằng biểu thức sau:
r =

2 360 0
=
Zr
Zr

Trong đó: Zr là số răng của Roto

c

H1.5 Điều khiển động cơ
bớc đủ
**Góc bớc của động cơ là tỷ số giữa bớc răng r và số pha m
của động cơ khi cuộn dây đợc điều khiển lỡng cực :
s =

r
m

**Động cơ hổn hợp có tần số bớc và độ phân giải cao, có

mômen quay và mômen hÃm lớn.

17


**Trong chế tạo động cơ bớc ngòai ba loại chính kể trên, để
có góc bớc thay rất nhỏ ngời ta còn chế tạo động cơ bớc từ
trở thay đổi có nhiều tầng, kết cấu của loại này đợc trình
bày ở hình .

Hình 1.6 Động cơ
bớc nhiều tầng

18


Loại động cơ này thờng đợc chế tạo 2, 3, 4 tầng trình bầy kết
cấu của động cơ bớc từ trở thay đổi có ba tầng. Trong mỗi tầng
số răng của Stato và Roto giống nhau. Vị trí răng của 3

định trên trụ Roto, nhng vị trí răng của 3 Stato đợc đặt lệch
nhau 1/3 bớc răng.
**Góc lệch giữa hai tầng kề nhau đợc xác định bằng biểu thức
sau:
=

r 360 0
=
m Zrm

Nếu Roto có Zr = 12 răng thì góc lệch nhau giữa hai tầng kề
nhau là 100
**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 vị trí có từ trở nhỏ nhất). Lúc này răng của Roto và Stato ở tầng
2 lệch nhau 1 góc là 100, còn răng của Roto và Stato ở tầng 3 lệch
nhau là 200. 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 100 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 100 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
2.1.5

ĐặC ĐIểM CHUNG CủA ĐộNG CƠ BƯớC

Động cơ bớc thực chất là động cơ đồng bộ hoạt động dới 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 bớc, thì roto (phần cảm) của động cơ sẽ quay ®i mét gãc nhÊt


định, và đợc gọi là bớc của động cơ, khi các xung dòng điện
đặt vào cuộn dây phần ứng liên tục thì roto sẽ quay liên tục.
*

Vị trí của trục động cơ bớc đợc xác bằng số lợng xung, và vận

tốc của động cơ tỷ lệ với tần số xung, và đợc xác định bằng số bớc/giây (second). Tính năng làm việc của động cơ bớc đợc đặt trng bởi bớc đợc thực hiện, đặt tính góc (quan hệ của mômen
điện từ theo gốc giữa trục của Roto và trục của từ trờng tổng),

tần số xung giới hạn sao cho các quá trình quá độ, khi hồn thành
một bớc có thể tắt đi trớc khi bắt đầu bớc tiếp theo. Tính năng
mở máy của động cơ, đợc đặt trng bởi tần số xung cực đại có
thể mở máy mà không làm cho Roto mất đồng bộ (bỏ bớc). Tuỳ
theo kết cấu của từng loại động cơ, mà tần số động cơ có thể
tiếp nhận đợc từ 10 đến 10.000 Khz.
*

Bớc của động cơ (giá trị của góc giữa hai vị trí ổn định kề

nhau của Roto) càng nhỏ thì độ chính xác trong điều khiển càng
cao. Bớc của động cơ phụ thuộc vào số cuộn dây phần ứng, số
cực của Stato, số răng của Roto và phơng pháp điều khiển bớc đủ
hoặc điều khiển nữa bớc. Tùy theo yêu cầu về độ chính xác và
kết cấu của động cơ, mà bớc của động cơ thay đổi trong giới hạn
từ 1800 - 0,180. Trong đó: động cơ bớc nam châm vĩnh cửu dạng
cực móng và có từ trở thay đổi từ 6 0 - 450, động cơ bớc có từ trở
thay ®ỉi cã gãc bíc n»m trong giíi h¹n tõ: 1,80- 300, và động cơ bớc hỗn hợp có góc bớc thay đổi trong khoảng 0,360 - 150. Các giá trị
góc của các loại động cơ kể trên đợc tính trong chế độ điều
khiển bớc đủ.
*Chiều quay của động cơ bớc không phụ thuộc vào chiều dòng
điện chạy trong các cuộn dây phần ứng, mà phụ thuộc vào thứ tự
cuộn dây phần ứng đợc 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 bớc đợc chế tạo từ 2 - 5 cuộn dây pha (hay còn gọi là bối dây)
và đợc đặt đối diện nhau trong các rÃnh ở Stato. Đối với cuộn dây

phải có hai cuộn dây thì chỉ dùng cho điều khiển lỡng cực (cuộn
dây có cực tính thay đổi), với 4 cuộn dây có thể dùng cho cả hai
chế độ điều khiển lỡng cực và điều khiển đơn cực.
2.1.6 điều khiển động cơ bớc
Động cơ biến từ trở

Hình 1.7 Động cơ biến từ trở

Nếu motor của bạn có 3 cuộn dây, đợc nối nh 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) thờng đợc nối vào cực dơng của nguồn và các cuộn
đợc kích theo thứ tự liên tục.
Dấu thập trong hình 1.1 là rotor của động cơ biến từ trở quay
30 độ mỗi bớc. Rotor trong động cơ này có 4 răng và stator có 6
cực, mỗi cuộn quấn quanh hai cực đối diện. Khi cuộn 1 đợc kích
điện, răng X của rotor bị hút vào cực 1. Nếu dòng qua cuộn 1
bị ngắt và đóng dòng qua cn 2, rotor sÏ quay 30 ®é theo
chiỊu kim ®ång 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 dới 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 bớc 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 phơng
pháp tạo ra các dÃy tín hiệu điều khiển nh 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 nh thế.
Hình dạng động cơ đợc mô tả trong hình 1.1, quay 30 độ
mỗi bớc, dùng số răng rotor và sè cùc stator tèi thiĨu. Sư dơng
nhiỊu cùc vµ nhiỊu 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 bớc nhỏ đến 1.8* hay 0.72*
Động cơ đơn cực

Hình 1.8 Động cơ đơn cực

Động cơ bớc đơn cực gồm cả nam châm vĩnh cửu và động cơ
hỗn hợp, với 5, 6 hoặc 8 dây ra thờng đợc quấn nh sơ đồ hình
1.2, với một đầu nối trung tâm trên các cuộn. Khi dùng, các
đầu nối trung tâm thờng đợc nối vào cực dơng nguồn cấp,
và hai đầu còn lại của mỗi mấu lần lợt nối đất để đảo chiều
từ trờng tạo bởi cuộn đó.
Khi khảo sát động cơ đơn cực, chúng ta chỉ khảo sát động cơ
nam châm vĩnh cửu, việc điều khiển động cơ hỗn hợp đơn
cực hoàn toàn tơng tự.
Mấu 1 nằm ở cực trên và dới của stator, cßn mÊu 2 n»m ë hai cùc


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 bớc ở mức độ cao hơn, rotor phải có nhiều cực

đối xứng hơn. Động cơ 30 độ mỗi bớc trong hình là một trong
những thiết kế động cơ nam châm vĩnh cửu thông dụng nhất,
mặc dù động cơ có bớc 15 độ và 7.5 độ là khá lớn. Ngời ta cũng
đà tạo ra đợc động cơ nam châm vĩnh cửu với mỗi bớc là 1.8 độ
và với động cơ hỗn hợp mỗi bớc nhỏ nhất có thể đạt đợc là 3.6
độ đến 1.8 độ, còn tốt hơn nữa, có thể đạt đến 0.72 độ.
Nh 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 bớc.
Để quay động cơ một cách liên tục, chúng ta chỉ cần áp điện
vào hai mấu của đông c¬ theo d·y.
MÊu 1a 100010001000100010 MÊu 1a 110011001100110011
MÊu 1b 001000100010001000 MÊu 1b 00110011001100110
MÊu 2a 010001000100010001 MÊu 2a 011001100110011001
MÊu 2b 00010001000100010 MÊu 2b 100110011001100110
thêi gian ->

thêi gian ->

Chó ý r»ng hai nửa của một mấu không bao giờ đợc kích cùng
một lúc. Cả hai dÃy nêu trên sẽ quay một động cơ nam châm
vĩnh cửu một bớc ở mỗi thời điểm. DÃy bên trái chỉ cấp điện
cho một mấu tại một thời điểm, nh mô tả trong hình trên; vì
vậy, nó dùng ít năng lợng hơn. DÃy bên phải đòi hỏi cấp điện cho
cả hai mấu một lúc và nói chung sẽ tạo ra một moment xoắy lớn
hơn dÃy bên trái 1.4 lần trong khi phải cấp điện gấp 2 lần.
Vị trí bớc đợc tạo ra bởi hai chuỗi trên không giống nhau;
Kết quả, kết hợp 2 chuỗi trên cho phép điều khiển nửa bớc, với
việc dừng động cơ một cách lần lợt tại những vị trí đà nêu ở

một trong hai dÃy trên.
Chuỗi kết hợp nh sau:


Mấu1a 11000001110000011100000111
Mấu1b 00011100000111000001110000
Mấu2a 01110000011100000111000001
Mấu2b 00000111000001110000011100
Thời gian -->
Động cơ hai cực

Hình 1.9
Động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc hỗn hợp hai cực có cấu trúc
cơ khí giống nh động cơ đơn cực, nhng hai mấu của động
cơ đợc nối đơn giản hơn, không có đầu trung tâm. Vì vậy,
bản thân động cơ thì đơn giản hơn, nhng mạch điều khiển
để đảo cực mỗi cặp cực trong động cơ thì phức tạp hơn.
Minh hoạ ở hình 1.3 chỉ ra cách nối động cơ, trong khi đó
phần rotor ở đây giống nh ở hình 1.2.
Mạch điều khiển cho động cơ đòi hỏi một mạch điều khiển
cầu H cho mỗi mấu; điều này sẽ đợc 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 đợc điều khiển một cách độc lập.
Các dÃy điều khiển cho mỗi bớc đơn của loại động cơ này đợc
nêu bên dới, dùng + và # để đại diện cho các cực của nguồn áp
đợc áp vào mỗi đầu của động cơ:
Đầu 1a + # # # + # # # + # # # + # # #
Đầu 1b # # + # # # + # # # + # # # + #
Đầu 2a # + # # # + # # # + # # # + # #
Đầu 2b # # # + # # # + # # # + # # # +

Thờigian->
Chú ý rằng những dÃy này giống nh trong động cơ nam châm
vĩnh cửu đơn cực, ở mức độ lý thuyết, và

ở mức độ mạch

đóng ngắt cầu H, hệ thống điều khiển cho hai loại động cơ này
là giống nhau.
Chú ý khác là có rất nhiều chip điều khiển cầu H có một đầu
vào điều khiển đầu ra và một đầu khác để điều khiển hớng.
Có loại chip cầu H kể trên, dÃy điều khiển dới đây sẽ quay
động cơ giống nh dÃy điều khiển nêu phía trên:
Enable 1 1010101010101010
Hớng 1 1x0x1x0x1x0x1x0x

1100110011001100

Enable 2 0101010101010101
Hớng 2 x1x0x1x0x1x0x1x0

1111111111111111
1111111111111111

0110011001100110

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. Một vài động cơ nam châm vĩnh cửu có 4 mấu độc lập,
đợc xếp thành 2 bộ.
Trong mỗi bộ, nếu hai mấu đợc nối tiếp với nhau, thì đó là
động cơ hai cực điện thế cao. Nếu chúng đợc nối song song,
thì đó là động cơ hai cực dùng điện thế thấp. Nếu chúng đợc
nối tiếp với một đầu trung tâm, thì dùng nh với động cơ đơn
cực điên thế thấp.
2.2.7 ĐặC TíNH CủA ĐộNG CƠ BƯớC
Đặc tính tĩnh:


Góc bớc : là trị số góc quay của một bớc, là góc quay của trục
động cơ dới tác dụng của một xung điện chạy qua cuộn dây điện
kế tiếp. Nó phù hợp với số bớc/ vòng. Điều khiển động cơ hổn hợp
bằng bộ chuyển phát cho phép nhân sè bíc thùc tÕ ®Ĩ ®iỊu