Nghiên cứu, thiết kế mô hình điều khiển động cơ bước

Lời nói đầu Hiện nay nghành kỹ thuật điện –điện tử đóng vai trò rất quan trọng trong thực tiễn ứng dụng cuộc sống .bộ môn công nghệ điện –điện tử được đưa vào giảng dạy rộng rãi ở các trường đại học kỹ thuật trong cả nước ,tuy nhiên những ứng dụng của kỹ thuật điện –điện tử vẫn chưa được khai thác triệt để trong nước .và một trong những ứng dụng quan trọng đó là ứng dụng của điều khiển động cơ bước ,nó sử dụng rộng rãi đặc biệt là trong các nghành kĩ thuật như tự động hóa ,điều khiển robot . trong quá trình tham gia học tập tại trường ĐHSPKT Hưng Yên được sự chỉ đạo của nhà trường của khoa điện –điện tử ,đặc biệt là sự chỉ đạo ,hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo BÙI VĂN DÂN giao cho đề tài đồ án môn học :” Nghiên cứu, thiết kế mô hình điều khiển động cơ bước”.Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu đến nay chúng em đã hoàn thành đề tài của mình. Nội dung đề tài thực hiện gồm những phần sau : 1.Sử dụng các linh kiện điện tử cơ bản 2.Hiển thị tốc độ quay thông qua led đơn 3.Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch 4.Có điều khiển thay đổi tốc độ Với kiến thức còn hạn chế ,kinh nghiện chưa tích lũy được nhiều nên không tránh khỏi thiếu sót .Rất mong được sự giúp đỡ đóng góp ý kiến của thầy giáo ,cô giáo và các bạn để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn . Chúng em xin chân thành cảm ơn Nhóm sinh viên thực hiện Thân Thị Hương Nguyễn Trung Kiên Ngyễn Thị liên Nhận xét của giáo viên hướng dẫn Giáo viên Bùi Văn Dân MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................................................2 Nhận xét của giáo viên ................................................................................................................3 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề ....................................................................................................................................5 Mục tiêu chọn đề tài ....................................................................................................................6 Kế hoạch thực hiện đề tài ............................................................................................................6 CHƯƠNG 1 : LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 1.1. Các ngiên cứu về động cơ bước………………………………………………....................7 1.2.Lý thuyết tổng quan về động cơ bước……………………………………………………....8 1.3.Các linh kiện trong mạch……………………………………………………………………21 1.3.1. Điện trở..............................................................................................................................21 1.3.2.Biến trở ...............................................................................................................................23 1.3.3. Tụ điện................................................................................................................................26 1.3.4.Diode.................................................................................................... ............................. 27 1.3.5. IC 7805..............................................................................................................................33 1.3.6.IC NE555............................................................................................................................34 1.3.7.LED ....................................................................................................................................35 1.3.8.TRANSISTOR....................................................................................................................37 1.3.9.IC7402.................................................................................................................................35 1.3.10.IC74194………………………………………………………………………………….37 1.3.11.PC817……………………………………………………………………………………38 CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ THI CÔNG 2.1.Thiết kế cơ khí………………………………………………………………………………39 2.2.Thiết kế và tính toán cho mạch điều khiển………………………………………………….41 2.2.1.Sơ đồ khối…………………………………………………………………………………41 2.2.2.Sơ đồ nguyên lý chi tiết…………………….…………………………………………….42 2.2.4.Tính toán các linh kiện và công suất của mạch…………………………………………...46 2.3.Lụa chọn các linh kiện trong mạch…………………………………………………………54 KẾT QUẢ……………………………………………………………………………………...49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................................51 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………………….52 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Tên hình Trang 1 Một động bước 7 2 Hình dạng thực tế một số loại điện trở 17 3 Hình dạng thực tế của biến trở 19 4 Hình dạng thực tế của tụ gốm,hóa 20 5 Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn. 21 6 Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiều 22 7 Hình dạng thực tế của IC 7805 23 8 Hình dạng thực tế của IC555 24 9 Đèn chiếu sáng sử dụng các LED phát ánh sáng trắng 29 10 IC 74194 32 11 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 36 12 Sơ đồ nguyên lí khối nguồn +5v 37 13 Mạch xử lí tín hiệu 43 14 Mạch khuếch đại 44

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng yên

Khoa Điện - Điện tử

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

(Điện tử công suất & truyền động điện)

DATH-I-2012- ĐTK9LC.1

08 tuần

Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế mô hình điều khiển động cơ bước

Nội dung yêu

cầu: - Sử dụng các linh kiện điện tử cơ bản- Hiển thj tốc độ quay thông qua led đơn

- Mô hình có ba động cơ bước

- Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch

- Có điều khiển thay đổi tốc độNội dung cần

Lời nói đầu

Hiện nay nghành kỹ thuật điện –điện tử đóng vai trò rất quan trọng trong thực tiễn ứng dụng cuộc sống bộ môn công nghệ điện –điện tử được đưa vào giảng dạy rộng rãi ở các trường đại học kỹ thuật trong cả nước ,tuy nhiên những ứng dụng của kỹ thuật điện –điện tử vẫn chưa được khai thác triệt để trong nước và một trong những ứng dụng quan trọng đó là ứng dụng của điều khiển động cơ bước ,nó sử dụng rộng rãi đặc biệt là trong các nghành kĩ thuật như tự động hóa ,điều khiển robot trong quá trình tham gia học tập tại trường ĐHSPKT Hưng Yên được sự chỉ đạo của nhà trường của khoa điện –điện

tử ,đặc biệt là sự chỉ đạo ,hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo BÙI VĂN DÂN giao cho đề tài đồ án môn học :” Nghiên cứu, thiết kế mô hình điều khiển động cơ bước”.Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu đến nay chúng em đã hoàn thành đề tài của mình.

Nội dung đề tài thực hiện gồm những phần sau :

1.Sử dụng các linh kiện điện tử cơ bản

2.Hiển thị tốc độ quay thông qua led đơn

3.Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch

4.Có điều khiển thay đổi tốc độ

Với kiến thức còn hạn chế ,kinh nghiện chưa tích lũy được nhiều nên không tránh khỏi thiếu sót Rất mong được sự giúp đỡ đóng góp ý kiến của thầy giáo ,cô giáo và các bạn

để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Nhóm sinh viên thực hiện

Thân Thị Hương Nguyễn Trung Kiên

Ngyễn Thị liên

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Giáo viên

Bùi Văn Dân

Hưng yên ngày …tháng…năm …

MỤC LỤC

LỜI NÓI

ĐẦU 2

Nhận xét của giáo viên 3

MỞ ĐẦU Đặt vấn đề 5

Mục tiêu chọn đề tài 6

Kế hoạch thực hiện đề tài 6

CHƯƠNG 1 : LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 1.1 Các ngiên cứu về động cơ bước……… 7

1.2.Lý thuyết tổng quan về động cơ bước……… 8

1.3.Các linh kiện trong mạch………21

1.3.1 Điện trở 21

1.3.2.Biến trở 23

1.3.3 Tụ điện 26

1.3.4.Diode 27

1.3.5 IC 7805 33

1.3.6.IC NE555 34

1.3.7.LED 35

1.3.8.TRANSISTOR 37

1.3.9.IC7402 35

1.3.10.IC74194……….37

1.3.11.PC817………38

CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ THI CÔNG 2.1.Thiết kế cơ khí………39

2.2.Thiết kế và tính toán cho mạch điều khiển……….41

2.2.1.Sơ đồ khối………41

2.2.2.Sơ đồ nguyên lý chi tiết……….……….42

2.2.4.Tính toán các linh kiện và công suất của mạch……… 46

2.3.Lụa chọn các linh kiện trong mạch………54

KẾT QUẢ……… 49

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….52

6 Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiều 22

9 Đèn chiếu sáng sử dụng các LED phát ánh sáng trắng 29

MỞ ĐẦU

1.Đặt vấn đề :

Ngày nay cùng với sự phát triển của công nghiệp điện tử,các ứng dụng về động cơbước ngày càng được áp dụng nhiều trong thực tế,đặc biệt trong nghành tự động hóa vàđiều khiển robot Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấuchấp hành đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dướidạng số các loại động cơ bước được sử dụng ngày càng rộng rãi trong các hệ thống tựđộng, điều khiển xa và nhiều thiết bị điện tử khác, nổi bật là trong các lĩnh vực sau: điềukhiển robot, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia công, điều khiển máy dập giấydecal, v, v, Và cũng trong điều khiển chính xác người ta cần những động cơ có thể đạtđược độ chính xác cao theo đúng yêu cầu cả về lực và tốc độ Động cơ bước là mộttrong những sự lựa chọn tốt để đáp ứng được những yêu cầu trên với khả năng chuyểnđộng chính xác đến từng bước thậm chí là vi bước Đặc biệt việc điều khiển motor bướcđược ứng dụng phổ biến trong xí nghiệp, nhà máy phục vụ trong công việc sản xuất hiệnnay

Vì vậy việc nghiên cứu và thiết kế mô hinh điều khiển động cơ bước ,với việc điềukhiển động cơ quay nhanh quay chậm,quay thuận quay ngược,giúp chúng ta hiểu mộtphần nào đó về ứng dụng của động cơ bước trong thực tiễn

Được sự đồng ý của khoa điên_điện tử trường ĐHSPKT Hưng Yên và sự giúp đỡcủa thấy giáo hướng dẫn Bùi Văn Dân chúng em thực hiện đề tài: “Nghiên cứu,thiết kế

mô hình điều khiển động cơ bước”

Các thiết kế về mô hình điều khiển phải thỏa mãn được một số yêu cầu về chấtlượng,thẩm mỹ…

2 Mục tiêu của đề tài.

*Mục đích: Nghiên cứu,thiết kế mô hình điều khiển động cơ bước.

*Yêu cầu:

-Tìm hiểu nguyên lý, chức năng và tác dụng của động cơ bước

-Tìm hiểu được các chức năng, tác dụng của các linh kiện thiết bị điện tử

-Hoàn thành sản phẩm là mạch điều khiển động cơ bước :Tăng tốc ,giảm tốc,đảochiều…

-Vốn đầu tư phù hợp

-Rèn luyện cho sinh viên cách tự học, đi đôi với thực hành và khả năng làm việc theonhóm

-Điều khiển tốc độ của động cơ bước.

-Ấn nút START khởi động cả hệ thống

+Ấn ON1 động cơ 1 quay

+Ấn ON2 động cơ 2 quay

+Ấn ON3 động cơ 3 quay

-Ấn nút STOP cả 3 động cơ đều dừng

-Ấn công tắc thì động cơ đảo chiều

4.Cấu trúc tổng quan đề tài

Sau quá trình học tập rèn luyện và nghiên cứu tại trường chúng em đã tích luỹ đượcnhiều vốn kiến thức quý báu Cùng với sụ hướng dẫn tận tình của thầy giáo, cô giáotrong khoa và các bạn bè đồng đến nay chúng em đã hoàn thành đề tài này với nội dungsau:

Chương 1: MỞ ĐẦU:

Trong chương này nhóm đã phân tích và nêu lên lý do lực chọn đề tài, các mục tiêunghiên cứu và phạm vi thực hiện đề tài

Chương 2: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN:

Trong chương này nhòm tác giả đã trình bày một cách khái quát các kiến thức liên quanđến nội dung nghiên cứu của đề tài, các nghiên cứu trong và ngoài nước, kiến thức lýthuyết cơ bản về động cơ bước

Chương 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

Chương này trình bày một các cụ thể cách thiết kế tính toán thi công mô hình điều khiển.Tính toán thiết kế phần cơ khung mô hình, Tính toán thiết kế khối nguồn cung cấp, Tínhtoán thiết kế khối công suất

KẾT QUẢ THẢO LUẬN

Nội dung trong chương này trình bày về những gì đã đạt được

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Trình bày các kết quả đạt được và những kiến nghị hướng phát triển tiếp theo của đề tài

CHƯƠNG 1:LÝ THUYẾT TỔNG QUAN

1.1.TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC.[1]

1.1.1.Các ứng dụng về động cơ bước

-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 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 trình trong các thiết bị gia công cắt gọt, điều khiển các cơ cấu lái phươn 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

1.1.2.Hình vẽ sản phẩm thực tế

Hình 1.1.1 dạng thực tế của đông cơ bước

Phương pháp điều khiển:

 Dùng IC số : 74LS194

Dùng NE555…

* Điều khiển động cơ bước :

 Ưu điểm:

 Dễ thiết kế, điều khiển…

 Nhiều nguồn linh kiện giá vừa phải

 Dễ kiểm tra, sửa chữa

 Nhược điểm :

 Dòng ra nhỏ

 Khó bo mạch bởi nhiều linh kiện

 Khó xác định được thời gian của 1 xung

 Thường chỉ điều khiển cho động cơ bước loại nhỏ

1.2 LÝ THUYẾT TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC.

-Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các

chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôt có khả năng cố định rôto vào các vịtrí cần thiết

-Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ: động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ

1.2.1 Hoạt động

- Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên

có 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 stato theo thứ tự và một tần số nhất định Tổng sốgóc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi

-Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in

1.2.3 Phân loại và cấu tạo :

 Động cơ bước được chia làm hai loại, nam châm vĩnh cửu và biến từ trở (cũng có loạiđộng cơ hỗn hợp nữa, nhưng nó không khác biệt gì với động cơ nam châm vĩnh cửu).Nếu mất đi nhãn trên động cơ, các bạn vẫn có thể phân biệt hai loại động cơ này bằngcảm giác mà không cần cấp điện cho chúng Động cơ nam châm vĩnh cửu dường như cócác nấc khi bạn dùng tay xoay nhẹ rotor của chúng, trong khi động cơ biến từ trở thìdường như xoay tự do (mặc dù cảm thấy chúng cũng có những nấc nhẹ bởi sự giảm từtính trong rotor) Bạn cũng có thể phân biệt hai loại động cơ này bằng ohm kế Động cơbiến từ trở thường có 3 mấu, với một dây về chung, trong khi đó, động cơ nam châmvĩnh cửu thường có hai mấu phân biệt, có hoặc không có nút trung tâm Nút trung tâmđược dùng trong động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực.

 Động cơ bước phong phú về góc quay Các động cơ kém nhất quay 90 độ mỗi bước,trong khi đó các động cơ nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.8 độ đến 0.72 độmỗi bước Với một bộ điều khiển, hầu hết các loại động cơ nam châm vĩnh cửu và hỗnhợp đều có thể chạy ở chế độ nửa bước, và một vài bộ điều khiển có thể điều khiển cácphân bước nhỏ hơn hay còn gọi là vi bước Đối với cả động cơ nam châm vĩnh cửu hoặcđộng cơ biến từ trở, nếu chỉ một mấu của động cơ được kích, rotor (ở không tải) sẽ nhảyđến một góc cố định và sau đó giữ nguyên ở góc đó cho đến khi moment xoắn vượt quagiá trị moment xoắn giữ (hold torque) của động cơ

 Động cơ biến từ trở :

 Nếu motor của bạn có 3 cuộn dây, được nối như trong biểu đồ hình 1.1, với một đầunối 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 kíchtheo thứ tự liên tục

 Dấu thập trong hình 1.1 là rotor của động cơ biến từ trở quay 30 độ mỗi bước Rotortrong 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 bịngắt và đóng dòng qua cuộn 2, rotor sẽ quay 30 độ theo chiều kim đồng hồ và răng Y sẽhút vào cực 2

Hình1.1.2 Động cơ biến từ trở

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 :

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

 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 thường được quấn như sơ đồ hình 1.2, 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

Hình 1.1.3 Động cơ đơn cực

 Sự khác nhau giữa hai loại động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực và động cơ hỗn hợp đơn cực không thể nói rõ trong nội dung tóm tắt của tài liệu này Từ đây, 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 tương tự 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

 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 theo dãy

 Nhớ rằng hai nửa của một mấu không bao giờ được kích cùng một lúc Cả hai dãy nêu trên sẽ quay một động cơ nam châm vĩnh cửu một bước ở mỗi thời điểm Dãy bên trái chỉ cấp điện cho một mấu tại một thời điểm, như mô tả trong hình trên; vì vậy, nó dùng

sẽ tạo ra một moment xoắy lớn hơn dãy bên trái 1.4 lần trong khi phải cấp điện gấp 2 lần.

 Phần Điều khiển mức trung bình trong tài liệu này sẽ cung cấp chi tiết về phương pháp tạo ra những dãy tín hiệu điều khiển như vậy, còn phần Các mạch điều khiển nói về mạch đóng ngắt các mạch điện cần thiết để điều khiển các mấu động cơ từ các dãy điều khiển trên

 Vị trí bước được tạo ra bởi hai chuỗi trên không giống nhau; kết quả, kết hợp 2 chuỗi trên cho phép điều khiển nửa bước, với việc dừng động cơ một cách lần lượt tại những

vị trí đã nêu ở một trong hai dãy trên Chuỗi kết hợp như sau :

Mấu 1a 11000001110000011100000111Mấu 1b 00011100000111000001110000Mấu 2a 01110000011100000111000001Mấu 2b 00000111000001110000011100

Thời gian ‐‐>

 Động cơ hai cực :

 Động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc hỗn hợp hai cực có cấu trúc cơ khí giống y như động cơ đơn cực, nhưng hai mấu của động cơ được nối đơn giản hơn, không có đầu trung tâm Vì vậy, bản thân động cơ thì đơn giản hơn, nhưng 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 y như ở hình 1.2

Hình 1.1.4 Động cơ hai cực

 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:

 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 hướng Có loại chip cầu H kể trên, dãy điều khiển dưới đây

sẽ quay động cơ giống như dãy điều khiển nêu phía trên :

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

1.2.2 Các mạch điều khiển động cơ bước cơ bản

 Động cơ biến từ trở :

Bộ điều khiển điển hình của động cơ bước biến từ trở dựa theo nguyên tắc như trên hình 1.5:

Hình 1.1.5 điều khiển điển hình của động cơ bước biến từ trở

 Trên hình 1.1.5, các hộp ký hiệu cho công tắc, bộ điều khiển (controller ‐ không thể hiện trên hình) chịu trách nhiệm cung cấp tín hiệu điều khiển đóng mở công tắc tại từng thời điểm thích hợp để quay động cơ Trong nhiều trường hợp, chúng ta phải thiết kế bộ điều khiển, có thể là một máy tính hoặc một mạch điều khiển giao tiếp lập trình được, với phần mềm trực tiếp phát tín hiệu điều khiển đóng mở, nhưng trong một số trường hợp khác mạch điều khiển được thiết kế kèm theo động cơ, và đôi khi được cho miễn phí

 Cuộn dây, lõi solenoid của động cơ hoặc các chi tiết tương tự đều là các tải cảm ứng Như vậy, dòng điện qua cuộn dây không thể đóng ngắt tức thời mà không làm áp tăng vọt đột ngột Khi công tắc điều khiển cuộn dây đóng, cho dòng điện đi qua, làm dòng điện tăng chậm Khi công tắc mở, sự tăng mạnh điện áp có thể làm hư công tắc trừ khi tabiết cách giải quyết thích hợp

Diod phải có khả năng dẫn toàn bộ dòng điện qua cuộn dây, nhưng nó chỉ dẫn mỗi khi công tắc mở, khi dòng điện không còn qua cuộn dây

 Nếu ta sử dụng diod tác dụng tương đối chậm như họ 1N400X chung với các mạch chuyển tác dụng nhanh thì cần phải mắc song song với diod một tụ điện

 Tụ điện dẫn đến vấn đề thiết kế phức tạp hơn Khi công tắc đóng, tụ điện sẽ xả điện qua công tắc xuống đất, do đó công tắc phải chịu được dòng điện xả này Một điện trở mắc nối tiếp với tụ điện hoặc với nguồn sẽ giới hạn dòng điện này Khi công tắc mở, năng lượng tích trữ trong cuộn dây sẽ nạp vào tụ điện cho đến khi điện áp vượt quá áp

cung cấp, và công tắc cũng phải chịu được điện áp này Để tính điện dung tụ, ta đồng nhất hai công thức tính năng lượng tích trữ trong mạch cộng hưởng :

V : điện áp hai đầu tụ

L : độ tự cảm của cuộn dây [H]

I : dòng điện qua cuộn dây

 Kích thước nhỏ nhất của tụ điện để tránh quá áp trên công tắc theo công thức :

 Tụ điện và cuộn dây kết hợp với nhau tạo thành một mạch cộng hưởng Nếu hệ điều khiển cho động cơ quay ở tần số gần với tần số cộng hưởng này, dòng điện qua cuộn dây, kéo theo moment xoắn do động cơ sinh ra, sẽ rất khác so với moment xoắn ở điều kiện ổn định với điện áp vận hành danh nghĩa Tần số cộng hưởng là :

f = 1 / ( 2 (L C)0.5 )

 Một lần nữa tần số cộng hưởng điện của động cơ từ trở biến thiên lại phụ thuộc vào góc của trục Khi động cơ này hoạt động với xung kích gần cộng hưởng dòng điện dao động trong cuộn dây sẽ tạo ra một từ trường bằng không tại hai lần tần số cộng hưởng, điều này có thể làm giảm moment xoắn đi rất nhiều

 Động cơ hỗn hợp và nam châm vĩnh cửu đơn cực :

Bộ điều khiển điển hình động cơ bước đơn cực thay đổi theo sơ đồ trên hình 1.1.6

 Trên hình 1.1.6, hộp biểu diễn các công tắc và một bộ điều khiển (không thể hiện trên hình) chịu trách nhiệm cung cấp tín hiệu điều khiển đóng mở công tắc vào thời điểm thích hợp để quay động cơ Bộ điều khiển thường là máy tính hay một mạch điều khiển lập trình được, với phần mềm trực tiếp phát ra tín hiệu cần thiết để điều khiển công tắc

Hình 1.1.6 hộp biểu diễn các công tắc và một bộ điều khiển

Cũng như đối với mạch dẫn động của động cơ biến từ trở, chúng ta phải giải quyết sự thay đổi độ tự cảm bất ngờkhi công tắc hở Một lần nữa, ta có thể chuyển sự thay đổinày bằng cách dùng diod, nhưng bây giờ ta phải dùng 4 diod như trên hình 1.1.7 :

Hình 1.1.7 Mạch dẫn động của động cơ biến từ trở

 Ta cần thêm vào các diod vì cuộn dây của động cơ không phải là hai cuộn dây độc lập

mà là một cuộn center-tappedđơn giản với tapgiữa có điện áp cố định Chúng hoạt độngnhư một bộ tự chuyển đổi Khi một đầu của cuộn dây bị kéo xuống đầu kia sẽ bị đẩy lên

và ngược lại Khi một công tắc hở, độ tự cảm kickbacksẽ làm đầu bên đó của động cơ nốivới nguồn dương và bị kẹpbởi các diod Đầu bên kia bị đẩy lên và nếu nó không đạt được điện áp cung cấp cùng lúc thì sẽ xuống dưới mức 0, đảo chiều điện áp qua công tắc

ở đầu đó Một vài công tắc có thể chịu được sự đảo chiều như vậy nhưng những công tắckhác sẽ bị hư

1.3 CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH [1],[2]

1.3.1 Điện trở

1 Khái niệm:

-Điện trở là linh kiện thụ động không thể thiếu trong các mạch điện và điện tử, chúng có tác dụng cản trở dòng điện, tạo sự sụt áp để thực hiện chức năng tuỳ theo vị trí của điện trở trong mạch

- Điện trở màng kim koại

- Điện trở oxit kim loại

- Điện trở dây quấn

3 Đặc điểm của điện trở:

- Điện trở làm việc phụ thuộc vào nhiệt độ của nó, do đó trị số thay đổi khi có dòng chảy qua do có hiện tượng biến đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt trên thân điện trở

- Giá trị điện trở còn thay đổi theo thời gian hay trong những điều kiện đặc biệt theo tần số tín hiệu xoay chiều tác động lên nó

Hình dạng thực tế một số loại điện trở:

1 0 5 W 6 , 8 1 0 W

Hình 1.1.3 Hình dạng thực tế một số loại điện trở

4 công suất của điện trở.

Khi mắc điện trở vào một đoạn mạch, bản thân điện trở tiêu thụ một công xuất P

tính được theo công thức

P = U I = U2 / R = I2.R

Theo công thức trên ta thấy, công xuất tiêu thụ của điện trở phụ thuộc vào dòng điện đi qua điện trở hoặc phụ thuộc vào điện áp trên hai đầu điện trở

Công xuất tiêu thụ của điện trở là hoàn toàn tính được trước khi lắp điện trở vào

mạch,nếu đem một điện trở có công xuất danh định nhỏ hơn công xuất nó sẽ tiêu thụ thì điện trở sẽ bị cháy

Thông thường người ta lắp điện trở vào mạch có công xuất danh định > = 2 lần công xuất mà nó sẽ tiêu thụ

Hình 1.1.4 Điện trở cháy do quá công xuất+Ở sơ đồ trên cho ta thấy : Nguồn Vcc là 12V, các điện trở đều có trị số là 120Ω nhưng

có công xuất khác nhau, khi các công tắc K1 và K2 đóng, các điện trở đều tiêu thụ một công xuất là

-Biến trở là loại điện trở có thể thay đổi trị số theo yêu cầu ,thường gọi là chiết áp ,có 2 loại đó là biến trở dây quấn và biến trở than

Biến trở dây quấn :dùng dây dẫn có điện trở suất cao ,đương kính nhỏ ,quấn theo kiểu lõi cách điện bằng sứ hay nhựa tổng hợp hình vòng cung 270 độ haai đầu hàn với hai cực dẫn điện A và B

4 Trị số biến trở:

Giá trị ghi trên biến trở là giá trị điện trở cực đại của nó

Ví dụ:

+ Biến trở có thể ghi là: 10K (10kOhm)

+ Hoặc ghi là: 502 (50 x 102 =5kOhm

1.3.3 TỤ ĐIỆN

1 Khái niệm

-Tụ điện là một loại linh kiện thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng từ trường.

3 Phân loại tụ điện :

- Có rất nhiều phương pháp phân loại, ở đây ta phân loại dựa trên cơ sở chất chế

tạo bên trong tụ diện thì có các loại sau :

- Nhóm tụ mica, tụ selen, tụ cemamic nhóm này làm việc ở khu vực tần số cao tần

- Nhóm tụ sứ, sành.giấy dầu: nhóm này hoạt động ở khu vực tần số trung bình

- Tụ hóa làm việc ở khu vực tần số thấp

4 Đặc điểm của tụ điện :

- Dùng để tích điện, và xả điện, chỉ cho tín hiệu xoay chiều đi qua, ngăn dòng một chiều

- Khả năng nạp, xả điện nhiều hay ít phụ thuộc vào điện dung C của tụ

- Đơn vị đo điện dung của tụ: pF(picro Fara),nF(nano Fara),(micro Fara) điện tử gồm

- Khi sử dụng tụ phải quan tâm đến hai thông số :

Điện dung: Cho biết khả năng chứa điên của tụ

Điện áp: cho biết khả năng chịu đựng của tụ

- Ghép nối tiếp

- Ghép tụ song song

- Ghép tụ hóa nối tiếp thì dương tụ này vào âm tụ kia, song song thì nối cùng cực

1.3.4.DIODE :

1Cấu tạo diode tiếp điểm :

Đế là một chất bán dẫn N phía trên phiến đế người ta dùng một thanh kim loại hóa trị 3 có tiết diện rất nhỏ ( cỡ µm) Tại vùng tiếp xúc đó tạo thành một chất bán dẫn P Thanh kim loại được nối với cực dương (Anot), còn đế được nối với cực âm (Katot)

- Đặc điểm của diode tiếp điểm:

+ Tiếp giáp PN rất nhỏ

+ Dòng điện đi qua diode nhỏ

+ Điện dung ký sinh nhỏ

+ Cho tần số cao dễ đi qua

_Ký hiệu và hình dáng của diode bán dẫn :

Hình 1.1.8 Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn.

2 Ứng dụng của cầu diode

* Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụng trong các mạch chỉnhlưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho

transistor hoạt động trong mạch chỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diode cầu

Trong hình 1.20 78XX được ứng dụng trong nhiều mạch điện tử điều khiển

-Ta thấy họ 78 có 3 chân :có hai chân vào và 1 chân ra (chung nhau dây âm ) khi đó tại chân sẽ cho ta hiệu điện thế mà chúng ta cần theo từng loại chức năng của họ 78

Cách đọc chân của họ 78

Ví dụ:

7805 là IC ổn định điện điện áp đầu ra luôn là 5v

7812 là điện áp ở cửa ra là 12v (điện áp đưa vào >12v)

7812 đầu vào nằm trong khoảng (12v-36v) nếu các bạn cho cao thì 78 sẽ không hoạt động

lâu nên bạn cần phải lắp tản nhiệt cho nó

Đọc chân :nếu ta đặt 78 như hình vẽ dưới đây :

2.5.2 HÌnh dạng thực tế

Hình 1.1.10 Hình dạng thực tế của IC 7805Chân số 1 gọi là chân vào (in)

Chân số 2 gọi là chân mát (GND)

Chân số 3 gọi là chân ra (out)

1.3.6 IC NE555

1.giới thiệu về ic NE555

_Là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo được xung vuông và

có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản,điều chế được độ rộng xung

Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch tạo xung đóng cắt hay là những mạch dao độngkhác.Đây là linh kiện của hãng CMOS sản xuất Sau đây là bảng thông số của 555 có trên thị trường :

+ Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555, NE7555 )

+ Dòng điện cung cấp : 6mA - 15mA

+ Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V

+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)

+ Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)

Đấy chỉ là những thông số cơ bản của NE555

Hình 1.1.11 Hình dạng thực tế của IC555

*IC NE555 gồm có 8 chân

-Chân số 1(GND):cho nối mát để cấp dòng cho IC

-Chân số 2 (trigger) :ngõ vào của một tần số áp mức áp chuẩn là 2/3*vcc

-Chân số 3(outpt):ngõ ra trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo mức áp cao (gần bằng mức

-Chân số 6:là ngõ và cưa 1 tầng so áp khác mức áp chuẩn là Vcc/3

-Chân số 7 :có thể xem như là một khóa điện và chịu điều khiển bởi tầng logic khi chân

số 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại ,ngược lại thì nó mở ra chân số 7 tự nạp xả điện cho mach R –C như 1 tầng dao động

-Chân số 8 (Vcc):cấp nguồn nuôi Vcc để cấp nguồn nuôi IC nguồn nuôi cho IC555 trong khoảng từ +5v-+15v

2.Cấu tạo bên trong và nguyên tắc hoạt động

a) Cấu tạo:

Nhìn trên sơ đồ cấu tạo trên ta thấy cấu trúc của 555 gồm : 2 con OPAM, 3 con điện trở,

Khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì Q-= [1], transisitor mở dẫn, cực

C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2 Dolối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset

Khi mới đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời hằng (Ra+Rb)C

- /Q = 1 > Transistor dẫn, điện áp trên chân 7 xuống 0V !

- Tụ C xả qua Rb Với thời hằng Rb.C

- Điện áp trên tụ C giảm xuống do tụ C xả, làm cho điện áp tụ C

nhảy xuống dưới 2Vcc/3

- /Q = 0 > Transistor không dẫn -> chân 7 không = 0V nữa và

tụ C lại được nạp điện với điện áp ban đầu là Vcc/3

Chỗ này tham khảo mà khó hiểu quá! Nói tóm lại các pác cứ nên hiểu là :

Trong quá trình hoạt động bình thường của 555, điện áp trên tụ C chỉ dao động quanh