Động cơ bước - Stepping motor

Động bước - Stepping motor Mở đầu Phân loại cấu tạo động bước Nguyên lý họat động cách điều khiển Phương pháp điều khiển mạch điều khiển Cách lựa, chọn thơng số ứng dụng LỢI ÍCH CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC Không chổi than: Không xảy tượng đánh lửa chổi than làm tổn hao lượng, số mơi trường đặc biệt (hầm lị ) gây nguy hiểm Tạo mômen giữ: Một vấn đề khó điều khiển điều khiển động tốc độ thấp mà giữ mômen tải lớn Động bước thiết bị làm việc tốt vùng tốc độ nhỏ Nó giữ mơmen chí vị trí nhừ vào tác dụng hãm lại từ trường rotor Điều khiển vị trí theo vòng hở: Một lợi lớn động bước ta điều chỉnh vị trí quay roto theo ý muốn mà không cần đến phản hồi vị trí động khác, khơng phải dùng đến encoder hay máy phát tốc (khác với servo) Độc lập với tải: Với loại động khác, đặc tính tải ảnh hưởng tới chất lượng điều khiển Với động bước, tốc độ quay rotor không phụ thuộc vào tải (khi nằm vùng momen kéo được) Khi momen tải lớn gây tượng trượt, khơng thể kiểm sốt góc quay PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ BƯỚC Động bước chia làm loạI: Động bước nam châm vĩnh cữu Động bước biến trở từ Động bước lai ĐỘNG CƠ BƯỚC NAM CHÂM VĨNH CỮU Động bước nam châm vĩnh cữu gồm lọai: Động bước đơn cực Động bước lưỡng cực Động bước nhiều pha ĐỘNG CƠ BƯỚC ĐƠN CỰC STEP loại đơn cực bao gồm cuộn dây, cuộn nối ngồi cuộn, thơng thường thực tế loại động dây ra, STEP loại điều khiển bẳng cách cho đầu dây chung nối lên nguồn đầu dây lại nối mass ĐỘNG CƠ BƯỚC LƯỠNG CỰC Động loại lưỡng cực (Bipolar), thường có đầu Về cấu tạo đơn giản khó cho điều khiển phải đảo chiều dịng điện qua cuộn dây a,b ĐỘNG CƠ BƯỚC NHIỀU PHA Một loại động bước nam châm vónh cửu thông dụng động bước có tất cuộn dây nối tiếp với thành vòng kín cặp dây có điểm gọi động bước nhiều pha hay đa cực Kiểu thông dụng kiểu pha pha Động bước kiểu từ trở Thơng thường có ba bốn cuộn dây đấu chung đầu Đầu chung nối với nguồn dương, đầu cịn lại cho thơng với đất để quay rotor Trên hình vẽ, rotor có stator có cực Mỗi cuộn dây quấn hai cực đối Vì vậy, giả sử, cấp điện cho cực (stator), rotor quay cực gần (X) để thẳng với cực Cắt điện cuộn số 1, tiếp tục cấp điện cho cuộn 2, rotor quay tiếp sau (Y) cho thẳng với cực Cứ điều khiển quay rotor ĐỘNG CƠ BƯỚC LAI STEP lai loại kết hộp STEP từ thông thay đổi loại nam châm vĩnh cửu rotor cho động STEP lai có nhiều , giống loại từ thông thay đổi, chứa lõi từ hóa trịn đồng tâm xoay quanh trục Răng rotor tạo đường dẫn giúp định hướng cho từ thơng ưu tiên vào lỗ khơng khí STEP lai lái giống STEP đơn cực lưỡng cực Phương pháp điều khiển - Điều khiển chế độ bước (Full-step) * Điều khiển bước pha * Điều khiển bước pha - Điều khiển chế độ nửa bước (Half-step) Điều khiển chiều quay động - Đổi chiều quay cách lập trình *Nếu dịch bước từ trái sang phải động quay phải *Nếu dịch bước từ phải sang trái động quay trái - Đổi chiều quay phần cứng Điều khiển tốc độ động bước Trong : V : vận tốc trung bình động bước (vòng/giây) n : số lần dịch bước t : thời gian động thực n lần dịch bước (giây) : góc bước động (độ) f : tần số dịch bước Sơ đồ điều khiển - động từ trở Điện áp cấp qua khố chuyển để ni cuộn dây, tạo từ trường làm quay rotor Các khố khơng cụ thể, thiết bị đóng cắt điều khiển rơle, transitor cơng suất Tín hiệu điều khiển đưa từ điều khiển vi mạch chuyên dụng, máy tính + MOSFET ( Metal Oxit Semiconductor Field Effect Transitor): Điều khiển điện áp,Ron nhỏ, tự ngắt điện áp source-drain cao, bật tắt với tốc độ cao, hoàn toàn tuyến tính MOSFET IRC IRL 540 dẫn dịng lên tới 20 Ampe tự ngắt điện áp 100V Điều dẫn đến việc khơng cần phải có diode bảo vệ gắn switch với phiến tản nhiệt phù hợp Trên mạch diode ổn áp 5.1 V, điện trở 100 Ohm Trong trường hợp transitor bị hỏng, áp ngược vượt cao làm hỏng linh kiện TTL mạch điều khiển Với điều khiển động cần dòng qua cuộn dây cỡ 500 mili Ampe, dùng IC loại dãy darlington collector hở: + ULN2003, ULN2803 ( Allegro Microsystem) + DS2003 (National Semiconductor), MC1413 ( Motorola) IC họ ULN200x có đầu vào phù hợp TTL, đầu emitor nối với chân Mỗi transitor darlington bảo vệ hai diode Một mắc emitor tới collector chặn điện áp ngược lớn đặt lên transitor Diode thứ hai nối collector với chân Nếu chân nối với cực dương cuộn dây, tạo thành mạch bảo vệ cho transitor I < 600 mA UDN 2547B I < 500 mA ULN 2003, ULN 2803 I < 300 mA SN7541,7542,7543 ĐIỀU KHIỂN MOTOR LƯỠNG CỰC VỚI CẦU H Motor bước lưỡng cực cuộn dây khơng có điểm nên đảo chiều quay động gặp khó khăn Để đảo chiều từ trường sinh cuộn dây ( có nghĩa đảo chiều dịng điện) phải dùng cấu trúc gọi cầu H Thông thường sử dụng A,D đóng chế độ thuận B,C đóng chế độ ngược MỘT MẠCH CẦU H THỰC TẾ Sơ đồ có đầu vào TTL, điều khiển đầu collector hở trình bày Khi hai tín hiệu X Y mức cao, đầu lại mức thấp, hai transitor chéo đóng dẫn dịng qua cuộn dây Khi hai mức thấp, hai transitor phía hở, hai mức cao, hai transitor phía mở hai trường hợp 00, 11 đặt mạch vào chế độ phanh động DÙNG IC CHUYÊN DỤNG SGSThompson L293: Phải mắc thêm cầu diode bên ngồi L293D: Đã có sẵn cầu diode bên - Để tản nhiệt cho IC thiết kế chân GND rộng hay gắn thêm phiến tản nhiệt - Dòng chịu lên tới 3A Chip L298 dùng điều khiển động có dịng qua cuộn dây chừng 2A Để nâng dòng lên khoảng 4A, giống trường hợp dùng 74LS244 ta mắc song song hai đầu sơ đồ bên phải Một điều đáng lưu ý với chip tốc độ switch nhanh, đến mức diode loại thường 1N4007 khơng kịp dẫn Vì vậy, phải dùng diode nhanh Tương đương với L298 có LMD18200 National Semiconductor Lựa chọn động bước · So sánh động đơn cực lưỡng cực: Động loại lưỡng cực có moment sinh nhiều 30% so với loại đơn cực có kích thước Tuy nhiên động loại lưỡng cực lại có mạch điều khiển phức tạp so với loại đơn cực · So sánh động lai động nam châm vĩnh cửu: Step size : Nam châm vĩnh cửu : (3,6 - > 7,5 ) độ Lai : (0.9 - > 3.6 ) độ Và để có độ phân giải nhở hơn, sử dụng thêm hộp giảm tốc Moment : Moment vấn đề quan trọng lựu chọn động bước · Moment giữ: moment cần thiết để xoay trục động cuộn dây cấp điện · Moment kéo: moment sinh động xoay vận tốc ổn định, moment chống lại khả tăng tốc động mà không bị trượt bước · Moment kéo ra: moment làm cho động di chuyển động hoạt động · Moment chốt: moment đòi hỏi để xoay động cuộn dây động không cấp điện Các thông số INDUSTRIAL MOTOR