án động cơ bước pot

T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 1 PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DC VÀ ĐỘNG CƠ BƯỚC SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 1 T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 2 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ DC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC I. Giới thiệu về động cơ một chiều 1. Khái niệm Ngày nay, mặc dù điện xoay chiều được sử dụng rất rộng rãi. song máy điện một chiều vẫn tồn tại, đặc biệt là động cơ điện một chiều. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi cần momen mở máy lớn hoặc trong yêu cầu điều chỉnh tốc độ và phạm vi rộng. Trong các thiết bò tự động, các máy điện khuếch đại, các động cơ chấp hành cũng là máy điện một chiều. Ngoài ra, các máy điện một chiều còn thấy trong các thiết bò ô tô, tàu thủy, máy bay, các máy phát điện một chiều điện áp thấp dùng trong thiết bò điện hóa, hàn điện với chất lượng cao. Nhược điểm chủ yếu của máy điện một chiều là có cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắc tiền , kém tin cậy và nguy hiểm trong môi trường dễ nổ. Khi sử dụng động cơ một chiều cần phải có nguồn một chiều kèm theo. 2. Nguyên lý làm việc Khi cho điện áp một chiều U vào 2 chổi điện A và B, trong dây quấn phần ứng có dòng điện I ư . các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chòu lực F đt tác động làm cho rô to quay. Chiều lực xác đònh theo qui tắc bàn tay trái. Phương trình điện áp: U = E ư + R ư I ư . Trong đó: E ư là sức phản điện. I ư là dòng điện trong dây quấn phần ứng SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 2 T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 3 R ư là điện trở của dây quấn phần ứng. U là điện áp đưa vào. Sức điện động của động cơ điện một chiều: φ n a PN Fu 60 '= Trong đó : p là số đôi cực từ chính. N là số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần cứng. a là số đôi cực nhánh song song của cuộn dây. n là tốc độ quay (vòng / phút). φ là từ thông kích từ dưới một cực từ (wb). Mômen điện từ của động cơ: φ π . . .2 udt I a PN M = Momen điện từ là momen quay, cùng chiều với tốc độ quay n. 3. Điều chỉnh tốc độ Ta có phương trình: E ư = U – R ư I ư Thay trò số E ư = k E . φ. n Ta có phương trình tốc độ: Ta có các phương pháp điều chỉnh tốc độ:  Mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng: Khi thêm điện trở vào mạch phần ứng, tốc độ sẽ giảm. Tổn hao trên phần ứng lớn nên chỉ số sử dụng với động cơ công suất nhỏ.  Thay đổi điện áp U: SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 3 φ . ,, E uu K IRU n − = φ . , M u K M I = M KK RR K U n ME P u E 2 . , φ φ + −= T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 4 Nguồn điện một chiều điều chỉnh được dùng để cung cấp điện áp cho động cơ. Phương pháp này được sử dụng nhiều.  Thay đổi từ thông: Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng điện kích từ. Khi điều chỉnh tốc độ ta kết hợp các phương pháp trên với nhau. Ví dụ: phương pháp thay đổi từ thông kết hợp với phương pháp thay đổi điện áp thì phạm vi điều chỉnh rất rộng. Đây là ưu điểm lớn của động cơ điện một chiều. 4. Đặc tính động cơ điện kích từ song song Đường đặc tính cơ: n = f(M) Ta có : M = K M . I ư .φ ⇒ Để thay đổi tốc độ ta thêm điện trở Rp SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 4 , , EE KK u u I R U n φφ −= M KK R K U n ME u E 2 . , φ φ −= Iư + - - + A1 A2 + - F1 F2 Ikt Kích từ song song T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 5 Đường đặc tính cơ  Đặc tính làm việc: Đặc tính làm việc được xác đònh khi điện áp và dòng điện kích từ không thay đổi. Đó là các quan hệ giữa tốc độ n, momen M, dòng điện phần ứng I ư và hiệu suất η theo công suất có trên trục P 2 : Ta thấy đặc tính cơ cứng và tốc độ rất ít thay đổi khi P 2 thay đổi nên được dùng trong máy cắt kim loại, máy công cụ. Điều chỉnh tốc độ với yêu cầu cao sẽ được dùng động cơ kích từ độc lập. SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 5 P 2 I n M I ư n η M R P = 0 R P ≠ 0 n k M = φ T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 6 5. Đặc tính động cơ điện kích từ độc lập Ưu điểm: khi làm việc máy không bò ảnh hưởng bởi I kt Nhược: tốn kinh phí do nguồn kích. 6. Đặc tính động cơ điện kích từ nối tiếp I = I Ư = I kt Đặc tính cơ: n = f(M) I ư = k I .φ M = k M . I Ư . φ = k M . k I . φ 2 = k 2 . φ 2 hay Với I M k k k = SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 6 Kích từ độc lập Vkt + - Ikt V Iư + - - + Kích từ nối tiếp - + V Iư + - T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 7 Ta có: Đặc tính cơ Phương trình đặc tính có dạng Hyperpon _ đặc tính cơ mềm, dễ thay đổi tốc độ hơn kích từ song song. Nhưng dễ gây hỏng động cơ khi tăng tốc độ. Do đó, không cho phép động cơ kích từ nối tiếp mở máy không tải hoặc tải nhỏ.  Đặc tính làm việc: Động cơ làm việc với tốc độ n nhỏ hơn n gh . SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 7 E uI E k Rk Mk Uk n ' . . . −= M n n P 2 Vùng làm việc η n I M n gh T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 8 Khi chưa bão hòa momen quay động cơ tỷ lệ với bình phương dòng điện, tốc độ giảm theo tải, động cơ kích từ nối tiếp thích hợp trong chế độ tải nặng nề. 7. Đặc tính động cơ điện kích từ hỗn hợp Các dây quấn kích từ có thể nối thuận (từ trường 2 dây quấn cùng chiều) làm tăng từ thông, hoặc nối ngược (từ trường 2 dây quấn ngược nhau) làm giảm từ thông. Đặc tính cơ động cơ kích từ hỗn hợp khi nối thuận (đường 1) sẽ là trung bình giữa đặc tính cơ của động cơ kích từ somg song (đường 2) và nối tiếp (đường 3) ở hình trên. SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 8 4 2 3 1 n M Đặc tính cơ Kích từ hổn hợp - Iư + T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 9 Các động cơ làm việc nặng nề, dây quấn kích từ nối tiếp là dây kích từ chính, dây quấn kích từ song song là phụ và nối thuận. Dây quấn kích từ song song bảo đảm tốc độ động cơ không tăng quá lớn khi M nhỏ. Động cơ kích từ hỗn hợp có dây quấn kích từ nối tiếp là kích từ phụ và nối ngược, có đặc tính rất cứng (đường 4), tốc độ hầu như cố đònh khi momen thay đổi. Thích hợp với các động cơ yêu cầu tốc độ ít thay đổi. II. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC Trong công nghiệp đòi hỏi có nhiều cấp tốc độ khác nhau, tùy theo yêu cầu cần thiết mà người ta chọn cấp tốc độ này hay cấp tốc độ khác. Để có các cấp tốc độ khác nhau, ta có thể thay đổi cấu trúc cơ học của máy như tỉ số truyền hay thay đổi tốc độ của chính động cơ truyền động. Thông thường để chỉnh tinh tốc độ ta dùng phương pháp thay đổi tốc độ của động cơ truyền động, các phương pháp điều chỉnh sau: 1. Điều chỉnh các thông số ở mạch của máy điện - Điều chỉnh điện trở của mạch phần ứng. - Điều chỉnh kích từ của động cơ. Phương pháp điều chỉnh này có tốc độ cứng, đặc tính cơ giảm nên độ chính xác trong việc duy trì tốc độ không cao, phạm vi điều chỉnh tốc độ hẹp, độ tinh điều chỉnh kém. Khi điều chỉnh càng sâu thì sai số tốc độ tăng và mement ngắn mạch giảm, nghóa là độ chính xác duy trì tốc độ và khả năng quá tải kém. Phương pháp này không được khuyến khích thực hiện. 2. Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho phần ứng động cơ. - Hệ thống máy phát- động cơ. - Hệ biến đổi van điều khiển (SCR)-động cơ. - Hệ điều áp van _ từ _ động cơ (khuếch đại từ _ động cơ). - Hệ điều áp nguồn _ động cơ. SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 9 T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 10 Về các chỉ tiêu kỹ thuật và năng lượng thì phương pháp điều áp xung được đánh giá tốt. Trước hết nó là phương pháp điều chỉnh triệt để, nghóa là có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào, kể cả khi không tải lý tưởng. Đặc tính cơ điều chỉnh đảm bảo được sai số tốc độ nhỏ, khả năng quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và tổn hao năng lượng thấp. Bởi vì đặc tính cơ của phương pháp tuy mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên nhưng cứng hơn khi dùng phương pháp điều chỉnh thông số. Mặt khác vì phần tử điều chỉnh đặc trong mạch điều khiển của bộ biến đổi là mạch có công suất nhỏ, nên độ tinh chỉnh cao, thao tác nhẹ nhàng và có khả năng cải thiện thành hệ tự động vòng kín. Nhược điểm: là phải dùng bộ biến đổi phức tạp nên vốn đầu tư cơ bản và vận hành phí cao. Tuy nhiên với các ưu điểm trên, phương pháp này tạo được năng suất cao, tổn thất năng lượng ít do đó được sử dụng rộng rãi. 3. Điều chỉnh sơ đồ - Sơ đồ phân mạch phần ứng. - Sơ đồ dùng hai động cơ DC liên kết nối cứng với nhau. - Sơ đồ dùng hai động cơ liên kết nối hở với nhau. 4. Phương pháp điều rộng xung Điện áp ra bao gồm những xung có bề rộng thay đổi được và biên độ là hằng số. Yêu cầu là mạch có khả năng đóng ngắt ở tần số cao, có thể đóng ngắt riêng cho từng ngắt khác nhau. Các loại mạch này thích hợp cho các mạch động lực dùng transistor công suất, việc đóng ngắt nhiều lần, nếu ta thay đổi được các độ rộng xung trong một chu kỳ thì ta có thể hạn chế được sóng hài bậc cao. Với những nhận xét ưu điểm của bốn phương pháp điều chỉnh trên ta nhận thấy: Để điều chỉnh tốc độ động cơ DC cần có dải điều chỉnh rộng, đòi hỏi chất lượng điều chỉnh cao, ta chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ DC bằng phương pháp điều rộng xung nghóa là thay đổi được t on và f xung = 1/T = const. III. CHỈ TIÊU CHẤT LƯNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 10 [...]... Động cơ bước được chia thành hai loại, động cơ bước nam châm vónh cửu và động cơ bước từ trở thay đổi( cũng có loại động cơ phối hợp cả hai loại trên ) cách chia cũng phụ thuộc quan điểm người sử dụng Nếu đánh mất nhãn trên động cơ ta có thể tổng quát nêu lên được hai khác biệt bởi cảm nhận được qua giác quan Động cơ nam châm vónh cửu có xu hướng “khớp “ khi ta dùng tay xoay rotor trong khi động cơ. .. trí Động cơ Giải mã vò trí SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 28 T.K MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 29 CHƯƠNG III GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC Trong hệ thống tự động và trong máy tính điện tử ngày càng sử dụng rộng rải hệ thống truyền động rời rạc Các hệ thống truyền động rời rạc này thực hiện nhờ loại động cơ chấp hành đặc biệt gọi là động cơ bước. .. như là động cơ đơn cực IV ĐỘNG CƠ NHIỀU PHA Hình 3.4 Loại động cơ này hiếm thấy trong các loại động cơ bước nam châm vónh cửu, đầu của các cuộn dây được nối tuần hoàn với một nút giữa hai cặp cuộn dây trên hình tròn Phổ biến nhất là loại 3 phase và 5 phase Điều khiển động cơ này yêu cầu 1/2 cầu H cho mỗi cực của động cơ, những loại động cơ này có thể cung cấp moment lớn hơn so với những động cơ khác... mỗi bước tương ứng 30 độ Cuộn dây số một của động cơ được đònh ở giữa cực trên và cực dưới của stator trong khi cuộn dây thứ 2 của động cơ được đònh giữa cực trái và phải của động cơ Rotor động cơ nam châm vónh cửu này có 6 cực 3 nam và 3 bắc được sắp xêáp vòng tròn Cho độ phân giải cấp cao hơn rotor động cơ phải có nhiều cực hơn loại động cơ 30 độ cho mỗi bước ở trên là một trong các thiết kế động cơ. .. ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC CƠ BẢN Ở phần này em xin giới thiệu một số mạch điều khiển động cơ bước, mạch tồn tại ở các dạng khác nhau tuỳ thuộc vào cấu trúc của từng động cơ khác nhau 1 Mạch điều khiển động cơ bước từ trở thay đổi Hình 3.5 SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 35 T.K MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 36 Các tín hiệu dùng để đóng mở các khoá cho phép cung cấp điện động cơ làm motor... hơn II ĐỘNG CƠ ĐƠN CỰC Hình 3.2 Động cơ bước đơn cực cả nam châm vónh cửu lẫn động cơ bước hỗn hợp có 5 hay 6 đầu dây thường dùng sơ đồ trên một kết nối giữa cho mỗi dây Khi sử dụng các kết nối giữa của cuộn dây thường được kết vào nguồn cung cấp dương và hai đầu của mỗi cuộn dây được nối xuống đất, tuỳ thuộc đầu vào nối đất ta sẽ xác đònh chiều quay rotor Động cơ mô tả ở trên là loại động cơ nam châm... là động cơ trả năng lượng về lưới nên động cơ được xem như máy phát, đến khi động cơ được kích dẫn bởi xung kế tiếp thì lúc đó dòng bắt đầu tăng lên SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 23 T.K MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 24 Xung kích Iư Giản đồ xung kích c Đảo chiều quay động cơ Để thay đổi chiều quay của động cơ ta cần đổi dấu điện áp quy đònh vận tốc Theo lý thuyết, vận tốc của động. .. đặc tính cơ, muốn vậy thông số điều chỉnh phải thay đổi tự động theo giá trò phụ tải sao cho đủ khả năng bù trừ lượng sụt tốc do tải gây ra Do đó người ta sử dụng các vòng hồi tiếp dòng điện, tốc độ truyền động tự động vòng kín • Nguyên lý điều khiển tự động vòng kín Trong hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC bằng cách đổi dấu điện áp cung cấp phần ứng động cơ Khi đó tốc độ làm việc của động cơ được... biến đổi Động cơ DC Hình 1_2: Sơ đồ khối của hệ thống hở • Nguyên lý điều chỉnh Đối với động cơ DC khi giữ điện áp phần ứng không đổi, ta thay đổi độ rộng xung kích thì tốc độ của động cơ sẽ thay đổi và tránh được những biến động lớn về gia tốc và động lực trong hệ + Vi - Bộ Đảo Chiều Hình1_3: Sơ đồ nguyên lý tổng quát Bộ biến đổi đảo chiều có nhiệm vụ thay đổi chiều điện áp đặt lên động cơ b Hệ thống... biệt được sự khác nhau khi dùng một Ohm-Metter động cơ từ trở thay đổi thường có ba hay bốn cuộn dây với một đầu chung trong khi động cơ nam châm vónh cửu luôn có hai cuộn dây độc lập có hay không có đầu nối ở tâm (loại nam châm vónh cửu đơn cực thường dùng ) Động cơ bước có tầm rộng của độ phân giải góc, bước lớn nhất khoảng 90 độ trên mỗi bước Đối với động cơ nam châm vónh cửu có độ phân giải cao SVTH: . cho phần ứng động cơ. - Hệ thống máy phát- động cơ. - Hệ biến đổi van điều khiển (SCR) -động cơ. - Hệ điều áp van _ từ _ động cơ (khuếch đại từ _ động cơ) . - Hệ điều áp nguồn _ động cơ. SVTH: ĐÀO. truyền động tự động vòng kín. • Nguyên lý điều khiển tự động vòng kín Trong hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC bằng cách đổi dấu điện áp cung cấp phần ứng động cơ. Khi đó tốc độ làm việc của động. T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 1 PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DC VÀ ĐỘNG CƠ BƯỚC SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 1 T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH