LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH C Chương 7: 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 s. Cuộn dây pha (2) được LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH C quấn trên 2 hoặc 4 răng đối xứng nhau, roto của động cơ cũng được chế tạo thành dạng răng có bước cực r. 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 c/vòng LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH C (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 s = 0,9 0 - 15 0 cò động cơ 5 pha thường có có góc bước từ s = 0,18 0 - 0,27 0 . Bước răng của Roto được xác đònh bằng biểu thức sau: Zr Zr r 0 3602 Trong đó: Zr là số răng của Roto Góc bước của động cơ là tỷ số giữa bước răng r và số pha m của động cơ khi cuộn dây được điều khiển lưỡng cực : m r s Động cơ hổn hợp có tần số bước và độ phân giải cao, có mômen quay và mômen hãm lớn. 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 Quá trình điều khiển bước đủ. 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 C 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: Zrm m r 0 360 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 Trang LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH C 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 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 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH C 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. . 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. . 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. 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