báo cáo thực tập tốt nghiệp sử dụng máy CNC.DOC

Phần IIGiới thiệu cnc cyber-mill Cyber- mill là máy phay CNC phục vụ cho việc thí nghiệm có môhình nh sau: Mỗi động cơ bớc thực hiện điều khiển chuyển động theo một trục nhất định trong

Lời nói đầu

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá , hiện đại hoá đất nớc,có thể nói mộttrong những tiêu chí đánh giá sự phát triển của mỗi quốc gia là mức tự

độnghoá trong quá trình sản xuất mà trớc hết là năng suất và chất lợng sảnphẩm Sự phát triển nhanh cuả máy tính điện tử, công nghệ thông tin vànhững thành tựu của lý thuyết điều khiển tự động đã làm cơ sở và hỗ trợ cho

sự phát triển của nghành tự động hoá

Nớc ta, mặc dù là mộth đang phát triển, những năm gần đây cùng với sự

đòi hỏi của sản xuất cũng nh sự hội nhập vào nền kinh tế thế giới thì việc ápdụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật và đặc biệt là ứng dụng tự động hoá trongcác nghành sản xuất đã có bớc phát triển mới

Ngày nay tự động hoá đang đợc ứng dụng rộng rãi trong các ngành sảnxuất một trong những ứng dụng của nó là sủa dụng máy công cụ CNC Trong quá trinh thực tập chúng em đã đợc làm quen vơi một dạng CNC đó

là máy phay CNC CYBER-MILL Nhờ đựơc sự giúp đỡ của các thầy côtrong bộ môn đặc biết là thầy Nguyễn Mạnh Tiến và Thầy Hà Tất Thắng màchúng em đã phần nao nắm bắt đợc nhũng kiến thức về CNC

Do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên những điều chúng em

đã làm đợc sẽ có rất nhiều thiếu sót Rất mong đớc sự góp ý của các thầy cô

và các bạn

Sinh viên : Bùi Văn Việt

phần I

tổng quan cnc

1.1) Khái niện máy Cnc

Cnc là viết tắt của Computer Numerical Control: điều khiển số bằng máy tính

Máy công cụ CNC là loại máy gia công sử dụng các chơng trình đã đợclập trình sẳn để gia công các chi tiết

Các chơng trình gia công đợc đọc cùng một lúc và đợc lu trữ vào bộ nhớ.Khi gia công, Máy tính đa ra các lệnh điều khiển máy, Máy công cụ CNC có

khả năng thực hiện các chức năng nh: nội suy đờng thẳng, nội suy cung tròn,mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nà

Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đờng kính dụng cụ Tất cả cácchức năng trên đều đợc thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính

1.2)Đặc điểm cấu trúc của máy công cụ điều khiển CNC

Đặc điểm của các động cơ truyền động

Truyền động chính:

Động cơ chính thờng dùng động cơ dòng một chiều hoặc dòng điện xoaychiều

Truyền động chạy dao:

Động cơ dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều với bộ vitme/đaiốc/ bi cho từng trục, chạy dao độc lập X, Y, Z

Thờng sử dụng động cơ dòng một chiều có đặc tính động học tốt cho cácquá trình gia tốc và quá trình phanh hãm, mômen quán tính nhỏ, độ chínhxác điều chỉnh cao cho những đoạn đờng chuyển chính xác

Bộ víme/đai ốc/ bi có khả năng biến đổi truyền dẫn dễ dàng, ít ma sát vàkhông có khe hở khi truyền với tốc độ cao Để có thể dịch chuyển chínhxác trên các biên dạng, các trục truyền dẫn không đợc phép có khe hở vàcũng không đợc phép có hiệu ứng stick-slip(hiện tợng trợt lùi do lực cản masát) Bộ vítme/ đai ốc/ bi là giải pháp kỹ thuật đảm bảo đợc yêu cầu đó

Phơng thức tác dụng của vítme/ đai ốc/ bi:

Các viên bi nằm trong rãnh vítme và đai ốc đảm bảo truyền lực ít ma sát

từ trục vítme qua đai ốc vào bàn máy nhờ hai nửa đai ốc lắp theo chiều dàigiữa chúng có vòng cách, có thể điều chỉnh khử khe hở theo hai chiều đốingợc

Trong một số giải pháp kết cấu nâng cao của bộ truyền này, bớc nâng củarãnh vít trên trục và trên đai ốc có giá trị khác nhau

Việc dẫn bi hồi rãnh đợc thực hiện nhờ các rãnh dẫn hớng bố trí bên tronghoặc các ống dẫn hồi bi bao ngoài trục

Truyền dẫn chạy dao không khe hở trên các máy phay CNC cho phép cắttheo chu kỳ phay thuận mà vẫn êm

1.3 ) hệ toạ Sử DụNG TRONG MáY CNC

1.3.1 hệ toạ độ vuông góc

Các điểm mà dao cắt đi tới trong khi gia công đợc xác định trong một

ch-ơng trình Để mô tả vị trí của các điểm này trong vùng làm việc, ta dùng một

hệ toạ độ Nó bao gồm ba trục vuông gốc với nhau cũng cắt nhau tại điểm 0.Trong hệ toạ độ này có các trục X, Y, và Z

Với một hệ trục toạ độ ba trục, bất kỳ điểm nào cũng đợc xác định thôngqua các toạ độ của nó Hệ toạ độ máy do nhà chế tạo máy xác đinh, thông th-ờng nó không thể bị thay đổi

Trục X là trục chính trong mặt phẳng định vị Trên máy phay nó nằm songsong với bàn máy(bàn kẹp chi tiết)

Trục Y là trục thứ hai trong mặt phẳng định vị Nó nằm trên mặt nắp máy

và vuông góc với bàn máy

Trục Z luôn luôn trùng với trục truyền động chính Trục này đợc nhà chếtạo xác định Chiều dơng của trục Z chạy từ chi tiết hớng đến dao cắt Điều

đó có nghĩa là trong chuyển động theo chiều âm của trục Z, dao cắt sẽ đi tới

bề mặt chi tiết

Để xác định nhanh chiều của các trục, dùng luật bàn tay phải: ta đặt ngóngiữa của bàn tay phải theo chiều của trục Z thì ngón tay cái sẽ trỏ theo chiềutrục X và ngón tay trỏ sẽ chỉ theo chiều Y.

Hệ toạ độ cơ bản đựơc gắn liền với chi tiết Bởi vậy khi ta lập trình ta phảiluôn luôn xuất phát từ chổ xác định chi tiết đứng yên còn dao cắt thì chuyển

động Điều đó có nghĩa là :

Khi cắt phay, rõ ràng chi tiết chuyển động là chính, nhng để đơn giản choviệc lập trình hãy quan niệm là chi tiết đứng yên còn dao cắt thì dịch chuyển

Ta gọi đó là chuyển động tơng đối của dao cụ

Để mô tả đờng dịch chuyển dao(các dữ liệu toạ độ) trên một số máy CNC

Các khoảng cách theo chiều dơng của trục có kèm theo dấu dơng(+) phía

tr-ớc Các khoảng cách theo chiều âm của trục có kèm theo dấu âm(-) phía trtr-ớc Các số đo có thể đa ra theo hai phơng thức:

Đo tuyệt đối :

Với các số đo tuyệt đối, ta đa ra toạ độ của các điểm đích tính từ một điểm

cố định trong vùng làm việc Nghĩa là trong mỗi chuyển động đều xác định,dao cắt phải dịch chuyển đến đâu kể từ một điểm gốc 0 tuyệt đối

Đo theo kích thớc :

Với các số đo theo chuỗi kích thớc, ta đa ra toạ độ của các điểm đích tính

từ mỗi điểm dừng lại của dao cắt sau một vệt cắt Nghĩa là trong mỗi chuyến

đều đa ra số liệu dao cần đợc dịch chuyển tiếp một lợng là bao nhiêu nữatheo từng trục toạ độ

1.3.1.2 Dùng toạ độ cực

Khi sử dụng các dữ liệu trong hệ toạ độ cực, ta đa ra vị trí của một điểmkhông qua khoảng cách và góc so với một trục cơ sở

Các toạ độ cực chỉ có thể đo trên mặt phẳng chính Trong phạm vi của một

hệ toạ độ cực có ba mặt phẳng chính Từ ba trục X, Y và Z của hệ thống sẽ

có ba bề mặt kẹp, đó là : mặt X/Y; mặt X/Z và mặt Y/Z

1.3.2 Những điểm quan trọng trong một hệ toạ độ

Điểm chuẩn của máy M: là điểm gốc M của hệ toạ độ máy

Điểm W chi tiết: là điểm gốc 0 của hệ toạ độ chi tiết, nó đựoc giữ cố định cho một chi tiết

Điểm chuẩn của dao P: là điểm gôc của hệ toạ độ gắn trên dao cắt.

Điểm 0 lập trình: là điểm gốc 0, từ đó xác định các dữ liệu cập nhập trong một chơng trình Điểm này có thể thay đổi thông qua lệnh chuyển điểm 0

1.4) Quan hệ giữa các trục toạ độ:

Khi gia công trên các máy CNC ngời ta có thể chia các hệ trục toạ độ thành

3 loại: hệ trục toạ đọ máy, hệ trục toạ độ chi tiết và hệ trục toạ độ của dao

Từ hệ trục toạ độ của máy có điểm gốc M ta có thể biểu diễn đợc hệtoạ độ của chi tiết và hệ toạ độ của dao bằng các phép dịch chuyển tịnh tiếnhay các phép quay Nhờ đó ta có thể xác định đựơc vị trị của điểm trên chitiết cần gia công cũng nh vị trị dao để gia công chi tiết

1.5 ) Các dạng điều khiển của máy công cụ CNC

Các máy CNC khác nhau có khả năng gia công đợc các bề mặt khácnhau nh các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình, v.v… Do đó các dạng điềukhiển của máy cũng đợc chia ra thành: điều khiển điểm- điểm, điều khiểntheo đờng thẳng và điều khiển theo biên dạng

a) điều khiển điểm-điểm: dùng gia công cắc lỗ bằng các phơng pháp khoan, khoét, doa và cắt ren ở đây chi tiết gia công đợc gá cố định trên bànmáy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các vị trí đã lập trình Khi

đạt tới đích dao bắt đầu gia công truờng hợp này quỹ đạo của chuyển độngdao là không quan trọng, điều quan trọng là vị trí gia công đạt đến phải chínhxác

b) Điều khiển theo đờng thẳng

Điều khiển đờng thẳng là dạng điều khiển khi gia công dụng cụ cắt thựchiện lợng chạy dao theo một đờng thẳng nào đó Khi thực hiện gia công cácchuyển động theo các trục toạ độ là độc lập không có quan hệ rằng buộc nàovới trục khác

c) Điều khiển biên dạng

Điều khiển theo biên dạng cho phép chạy trên nhiều trục cùng một lúc.Trong trờng hợp này cả hai trục để tạo ra một dạng vừa có phần thẳng vừa cóphần cong ở đây theo các trục có quan hệ hàm số ràng buộc với nhau

Phần IIGiới thiệu cnc cyber-mill Cyber- mill là máy phay CNC phục vụ cho việc thí nghiệm có môhình nh sau:

Mỗi động cơ bớc thực hiện điều khiển chuyển động theo một trục nhất

định trong hệ toạ độ Đề các(X,Y,Z)

Bộ truyền động đợc sử dụng là Vitme/đai ốc

Chiều dài Vít me trục Z là 210 mm

Chiều dài Vitme trục X là 380 mm

Chiều dài Vitme trục Y là 210 mm

Khoảng cách các răng trên Vitme là 3mm/răng

Độ rộng mỗi răng là 1mm

đờng kính Vitme la 12mm

Không gian làm việc : 20x40( mm x mm)

Đầu Vitme đợc nối với trục của động cơ bớc thực hiện biến đổi chuyển

động quay tròn của động cơ bớc thành chuyển động thẳng của vật mang chitiết

Đầu còn lại của Vitme đợc gá vào khung đỡ

ở giữa của Vitme đựơc gá vào đaiốc để biến đổi chuyển động quay thànhchuyển động tịnh tiến

Tính toán chuyển động:

Động cơ bớc có số bớc 200 bớc/ vòng

Do đó để thực hiện chuyển động một khoảng L theo một trục nào đó củavật mang chi tiết thì số vòng quay phải thực hiện sẽ là L/3

Khi đó số xung cân cấp cho động cơ bứơc sẽ là 200 L/3

Việc tính toán điều khiển chuyển động động cơ bớc sẽ đợc thực hiệnbằng máy tín

Việc thực hiện điều khiển chuyển động của động cơ bớc đợc thiết kế

chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto và có khả năng cố

định rôto vào những vị trí cần thiết

Động cơ bớc làm việc đợc là nhờ có bộ chuyển mạch điện tử đa các tínhiệu điều khiển vào stato theo một thứ tự và một tần số nhất định Tổng sốgóc quay của rôto tơng ứng với số lần chuyển mạch, cũng nh chiều quay

và tốc độ quay của tôto, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển

đổi Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stato(phần ứng) của động cơbớc thì rôto(phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một góc nhất định, góc ấy

là một bớc quay của động cơ Khi các xung điện áp đặt vào các cuộn dâyphần ứng thay đổi liên tục thì rôto sẽ quay liên tục.(Thực chất là chuyển

động đó vẫn là theo các bớc rời rạc)

Về cấu tạo, động cơ bớc có thể coi là tổng hợp của hai loại động cơ:

Động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc côngsuất nhỏ

Trong khi động cơ một chiều không tiếp xúc có rôto thờng là một namchâm vĩnh cửu(số đôi cực 2p=2) và cần có cảm biến vị trí rôto thì động cơbớc có rôto dạng cực lồi gồm nhiều răng cách đều cấu thành các cặp namchâm N-S xen kẽ nhau để tạo ra số cặp cực 2p lớn hơn và không cần phải

có bộ cảm biến vị trí rôto Động cơ bớc vì từ trờng quay không liên tục docác xung điện cấp vào rời rạc nên rôto quay theo các bớc

Cũng giống nh động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ, động cơ bớc

có các bối dây tạo thành các pha trên stato, đồng thời trên cả rôto và stato

đều có các răng để tạo thành các cặp cực và các nam châm điện Nhng

động cơ đồng bộ gảim tốc có các cuộn kích thích và cần phải có dòng

điện kích thích để khởi động, còn động cơ bớc không cần yếu tố này Mặtkhác

Có thể cói động cơ bớc là linh kiện số mà ở đó các thông tin số hoá đãthiết lập sẽ đợc chuyển thành chuyển động quay theo từng bớc Động cơbớc sẽ thực hiện trung thành các lệnh đã số hoá này máy tính yêu cầu

Mô hình số hoá động cơ bớc.

2 Nguyên lý hoạt động

Rô to động cơ bớc không có cuộn dây khởi động mà nó đợc khởi độngbằng phơng pháp tần số Rôto của động cơ bớc có thể đợc kích thích(rôtotích cực) hoặc không đợc kích thích(rôto thụ động)

Xung điện áp cấp cho m cuộn dây stato có thể là xung một cực hoặc xung

2 cực

Chuyển mạch điện tử có thể cung cấp điện áp điều khiển cho các cuộn dâystato theo từng cuộn dây riêng lẽ hoặc theo từng nhóm các cuộn dây Trị số

và chiều của lực điện từ tổng F của động cơ và do đó vị trí của rôto trongkhông gian hoàn toàn phụ thuộc voà phơng pháp cung cấp điện cho các cuộndây

Thực tế để tăng cờng lực điện từ tổng của stato và do đó tăng từ thông vàmômen đồng bộ, ngời ta thờng cấp điện đồng thời cho hai,ba hoặc nhiềucuộn dây Lúc đó rôto của động cơ bớc sẽ có vị trí cân bằng(ổn định ) trungvới vectơ lực điện từ tổng F Đồng thời lực điện từ tổng F cũng có giá trị lớnhơn lực điện từ thành phần của các cuộn dây stato

Khi cấp điện cho một số chẵn cuộn dây hoặc cho một số lẽ cuộn dây rôtocủa động cơ bớc sẽ có m vị trí cân bằng góc xê dịch giữa hai vị trí liên tiếpcủa rôto bằng 2π/m - Trờng hợp này gọi là điều khiển cả bớc hay điều khiển

đối xứng

Nếu cấp điện theo thứ tự một số chẵn cuộn dây, rồi một số lẻ cuộn dây, cónghĩa là số lợng cuộn dây đợc điều khiển luôn luôn thay đổi từ chẵn sang lẻ

và từ lẻ sang chẵn thì số vị trí cân bằng của rôto sẽ tăng lên gấp đôi là 2m

độ lớn của một bớc sẽ giảm đi một nửa bằng 2π/2m – Trờng hợp này gọi là

điều khiển nửa bớc hay điều khiển không đối xứng

Ta có thế tính số bớc quay của rôto trong khoảng 0ữ3600 là:

K= m.n1.n2.p, Trong đó:

p: số đôi cực của rôto;

m: số cuộn dây điều khiển trên stato(số pha);

n1: hệ số, n1 =1 ứng với điều khiển đối xứng;

n2=2 ứng với điều khiển khôngđối xứng;

n2: hệ số, n2=1 điều khiển bằng xung 1 cực;

n2=2 điều khiển bằng xugn 2 cực

Bớc quay của rôto trong không gian là α=3600/K

3.) mômen đồng bộ và trạng thái ổn định của động cơ bớc

Biểu thức mômen đồng bộ tĩnh của động cơ bớc khác với biểu thứcmômen đồng bộ của động cơ đồng bộ thờng có cùng cấu trúc Sự khác nhau

đó là do động cơ bớc đợc cấp bởi dòng điện một chiều, chứ không phải dòng

điện xoay chiều

Trong động cơ đợc cấp bởi nguồn một chiều, sau quá trình quá độ, dòng

điện trong các cuộn stato là hằng số

S là tiết diện vuông gốc của cặp cực;

α là góc giữa trục cặp cực với trục của cuộn dây pha;

θ là góc giữa trục cặp cực và đờng vuông góc với trục của cuộn dây pha;

Do θ thay đổi nên từ dẫn dọc theo đờng đi của từ thông thay đổi theo, làmcho từ thông thay đổi trong một giới hạn rộng Nếu viết biểu thức φ dới dạng:

φ=L.I (L là điện cảm)

Do sự thay đổi của góc φ cùng với sự thay đổi của khe hở không khí giữacác răng của stato và rôto làm cho điện cảm L thay đổi theo dẫn đến từ thông

φ và do đó mômen của động cơ thay đổi

Mômen đồng bộ tĩnh của động cơ bớc khi stato và rôto có răng và đợckích thích, có thể viết dới dạng tổng quát của 3 mômen quay:

áp cấp vào có dạng xung vuông là tổng của các thành phần điều hoà

Quan hệ của mômen M=f(θ) là dờng cong có dạng nh sau:

π

đờng cong mômen của động cơ bớc theo gốc quay θ

Chất lợng của động cơ bớc đợc đánh giá bởi độ dốc của đờng cong mômen

đồng bộ M=f(θ), đặc biệt là ở đầu của vùng làm việc thuộc đờng cong này

Độ dốc của đờng M=f(θ) trong vùng này càng lớn thì suất mômen dM/dθcàng lớn và khả năng đồng bộ của đồng bộ của động cơ bớc càng lớn

Giả sử tại một vị trí nhất định, rôto mang một mômen tải(mômen cản) MC.

Để giữ đợc rôto ở vị trí này ta phải cấp dòng điện cho cuộn dây stato tại vị trí

đó và do góc α=0 nên M=Mmax Điều kiện để giữ đợc rôto không trợt khỏi vịtrí là:

MC<Mmax

Muốn quay rôto đi một gốc α rời khỏi vị trí đang giữ, ta phải cấp dòng

điện cho cuộn stato ở vị trí mới, đồng thời ngắt dòng điện của cuộn stato ở vịtrí củ Điều kiện để rôto quay đợc góc α là :

MC<Mmax.cosα

Cần chú ý rằng sự chuyển bớc của rôto chỉ thực hiện đợc trong điều kiệnnhất định, khi mà sự dịch chuyển của lực điện từ F đi một góc α không làmcho động cơ rơi vào vùng mất ổn định của đặc tính góc M=f(θ)

Nếu nh góc α qua lớn thì rôto rời vào vùng mất ổn định,không bám theo

4 Cấu tạo và phân loại động cơ bớc:

Để tăng số bớc của động cơ(tăng độ phân giải về góc), ta cần phải tănglợng cuộn dây pha m và tăng số cặp cực p

Việc tăng số lợng bối dây m trên stato gặp nhiều khó khăn do hạn chế vềkích thớc của stato và những trở ngại khi đặt các bobin dây quấn vào cácrãnh nửa hở của stato, đồng thời khi số pha m lớn thì mạch điều khiển cũng

sẽ phức tạp hơn Do đó ngời ta thờng làm các động cơ bớc với số lợng pha m

đủ nhỏ, là 2 pha, 4 pha hay 5 pha; trong đó thông dụng nhất là 2 pha và 4pha

Việc tăng số bớc của động cơ đợc giải quyết bằng tăng số lợng cặp cực rôto.Rôto động cơ bớc tạo thành nhiều cặp cực đợc chế tạo từ vật liệu kỹ thuật

đặc biệt có độ từ hoá cao và chịu mômen tải lớn, vì chính rôto là bộ phậnchịu tải trọng cơ khí thông qua trục của nó

Ngời ta thờng chế tạo các động cơ bớc có các bớc trong khoảng từ0,450ữ150 tuỳ theo mục đích sử dụng Trong đó thông dụng nhất trên thị tr-ờng hiện nay là loại động cơ có góc bớc 1,80

Xét về cấu tạo, động cơ bớc có ba loại chính:

- Động cơ bớc có rôto đợc kích thích(có dây quấn kích thích hoặc kích thích bằng nam châm vĩnh cửu)

- Động cơ bớc có rôto không kích thích(động cơ kiểu cảm ứng và động cơ kiểu phản kháng)

- Động cơ bớc kiểu hỗn hợp, kết hợp cả hai loại trên

II cơ sở lý thuyết điều khiển động cơ bớc

1 Ba chế độ(Mode) điều khiển động cơ bớc

Ta có ba chế độ điều khiển động cơ bớc đó là:

a, Chế độ cả bớc.

b, Chế độ điều khiển cả bớc

c, Chế độ điều khiển vi bớc

Cơ sở lý thuyết của việc điều khiển các chế độ này nh sau:

Hình dới miêu tả mối quan hệ giữa các véc tơ lực điện từ F1, F2 của 2 cuộndây 1 và 2 khi đợc cấp dòng điện đơn cực và véctơ lực điện từ tổng F

Trong đó :

F1: lực điện từ tác động lên rôto khi cuộn dây 1 đợc kích thích;

F2: lực điện từ tác động lên rôto khi cuộn dây 2 đợc kích thích;

AB2=OA2+OB2-2.OA.OB.cosα

OC2=OA2+OB2+2.OA.OB.cosα

(AB/2)2=OA2+(OC/2)2-2.OA.(OC/2).cosβ

hay : AB2=4.OA2+OC2-4.OA OC.cosβ

cosβ=

α

α

cos

2

cos 2

2 OB OA OB OA

OB OA

+ + +

cosβ= 2.cos.α.cosα

2 1

2 2 2 1

2 1

F F F

F

F F

+ +

b, Điều khiển nửa bớc

- Đâu tiên cho F2=0 và F1=F, rôto ở vị trí trục cuộn dây 1

- Tiếp theo cho F1=F2=F,

cosβ= 21(1++coscosαα) =

) 2 / ( cos 4

) 2 / ( cos 2 2

2

α α

cosβ=cos(α/2), β= α/2 Rôto ở vị trí chính giữa góc α

- Sau đó cho F1=0 và F2=F, rôto sẽ ở vị trí trục của cuộn dây thứ 2 Trong trờng hợp này rôto sẽ chuyển động từng bớc θ=α/2,(β=0, α/2, α)

c, Điều khiển vi bớc:

Nếu ta điều khiển sao cho lực F1 giảm dần theo từng bớc từ F đến 0 và lực

F2 tăng dần từng bớc từ 0 đến F thì rôto sẽ quay từng bớc từ vị trí OA đếnOB

Trên thực tế, để rôto có thể quay đợc các bớc đều, chẳng hạn theo vi bớcθ(ví dụ θ=α/10), thì phải giải phơng trình (11) để tìm F1 và F2 ứng với cácgóc quay β=θ, 2θ, 3θ, , nθ Phơng trình (11) là một phơng trình bậc 2 vớihai ẩn số, về nguyên tắc là không giải đợc Nhng với điều kiện bên nhất địnhphơng trình(11) sẽ giải đợc

2, Các đặc trng của tín hiệu điện điều khiển động cơ bớc

Đối với động cơ bớc, tín hiệu điện điều khiển là các xung rời rạc kế tiếpnhau Việc điều khiển động cơ bớc phụ thuộc vào các tham số sau của xung

điều khiển:

- Dòng điện I, kể cả cực tính (và liên hệ mật thiết với nó là mức điện

áp U)

- Độ rộng xung(liên quan đến khả năng dịch bớc)

- Tần số xung(liên quan đến tốc độ quay)

- Cách thức cấp xung, bao gồm thứ tự và số lợng cuộn dây pha đợccấp(liên quan đến chiều quay và mômen tải)

Tuỳ thuộc vào việc cấp xung điện, động cơ bớc có bốn trạng thái sau đây:

a, Trạng thái không hoạt động: Khi không có cuộn dây nào đợc cấp điện:

- Đối với động cơ phản kháng: rôto sẽ quay trơn

- Đối với động cơ nam châm vĩnh cửu và động cơ kiểu hổn hợp: cómômen hãm, rôto có xu hớng dừng ở các vị trí mà đờng khép kín từ thônggiữa các cực của rôto và stato là nhỏ nhất

b, Trạng thái giữ: Khi một số cuộn dây pha đợc cấp điện một chiều.Rôto mang tải sẽ đợc giữ chặt ở vị trí góc bớc nhất định do lực điện từ tổng Fsinh ra mômen giữ

c, Trạng thái dịch chuyển bớc: rôto sẽ dịch chuyển từ vị trí bớc đang

đợc giữ sang vị trí bớc tiếp theo khi các cuộn dây pha đợc cấp dòng phù hợp

d, Trạng thái quay quá giới hạn: trong chế độ không tải, nếu xung điềukhiển có tần số quá cao, động cơ sẽ quay vợt tốc ở trạng thái này động cơkhông thể đảo chiều, không thể dừng đúng vị trí, nhng vẫn có thể tăng vàgiảm tốc từ từ muốn dừng và đảo chiều động cơ phải giảm xuống dới tốc độdới tốc độ tới hạn để hoạt động trong chế độ bớc

chỉ có hai trạng thái b và c là đợc coi là trạng thái làm việc

3) giới thiệu ba kiểu điều khiển dòng điện I và điện áp u 3.1 mối quan hệ giữa dòng điện I và điện áp U

Trong số liệu kỹ thuật của động cơ bớc ta chú ý đến 4 tham số quan trọngsau:

- Điện áp danh định U;

- Dòng điện danh định I;

- Điện trở cuộn dây pha R;

- Điện cảm cuộn dây pha L;

Sơ đồ cấp điện đơn giản cho 1 cuộn dây pha nh sau:

VCC: điện áp nguồn cấp;

RS: Điện trở nguồn cấp;

D : điôt dumper (làm nhụt - xả năng lợng)

Ki : chuyển mạch điện tử cho cuộn dây pha thứ i

Trạng thái giữ, khoá K đóng liên tục, ngời ta thờng cấp dòng điện I hoặc

điện áp U bằng khoảng 65%ữ100% giá trị danh định

Vì là dòng một chiều nên ở chế độ giữ, điện cảm L không làm sụt áp,

ta có phơng trình:

VCC = I.RS+I.R;

VCC = I.RS+U;

từ đây ta có ba cách cấp điện ở chế độ giữ nh sau:

- Cấp bằng nguồn ổn áp: RS=0; VCC=U;

- Cấp bằng nguồn dòng có ICC=I

- Cấp bằng nguồn ổn áp có nguồn cấp cao hơn U và mắc điện trở nối tiếp RS

Muốn cho động cơ quay một bớc thì phải ngắt dòng điện cuộn th i(mở KI) và đống khoá KJ cho dòng điện đi vào cuộn dây thứ j Giả thiết rằngcác khoá điện tử KI và KJ đóng ngắt tức thì(t=0)

Tại cuộn dây thứ i(cuộn dây bị ngắt) ở đầu điôt D xuất hiện suất điện

động và năng lợng từ trờng Li2/2 sẽ đợc giải phóng qua điốt D

Tại cuộn dây thứ j ta có phơng trình : VCC= E+L.(di/dt)+i.r;

trong đó:

VCC: điện áp một chiều cấp vào;

r=RS+R: tổng trở toàn mạch;

i: dòng điện tức thời trong cuộn dây;

E: suất điện động quay, cảm ứng trong cuộn dây stato bởi từ ờng của nam châm vĩnh cửu của rôto, chỉ tồn tại khi rôto đang quay từ

tr-vị trí thứ i sang tr-vị trí thứ j, khi rôto đứng yên ở trạng thái giữ thì E=0;

i=(VCC-E)/r.(1-et/T) Giải phơng trình vi phân trên ta đợc biểu thức cho dòng điện:

Trong đó: T=L/r- hằng số thời gian

Nh vậy là dòng điện không xác lập ngay lập tức mà tăng lên từ từ:

- Khi bắt đầu khởi động (E=0), dòng điện tăng với hệ số góc VCC/L,

- Sau điểm khởi động, dòng điện tăng với hệ số góc (VCC-E)/L cho đến khi rôto dừng ở vị trí mới, lúc đó dòng điện đạt tới giá trị I0