chương 6 step motor

CHƯƠNG 6: STEP MOTOR 6.1.Giới Thiệu Chung Về Stepping Motor : Động bước máy điện hoạt tác dụng xung tín hiệu rời rạc liên tiếp Động bước biến đổi trực tiếp dãy xung điện cuộn dây thành dãy gia lượng vò trí góc Mỗi gia lượng góc bước Dưới tác dụng xung, động bước quay bước tương ứng với góc trục dừng lại tương ứng với vò trí xác đònh tác dụng trường điện từ Trong động bước có mạch lái chuyển xung điện thành tín hiệu yêu cầu từ mạch kích Động bước thường sử dụng thiết bò ngoại vi máy tính, máy vẽ, robot, máy dụng cụ Thuận lợi động bước bao gồm tương thích với tín hiệu số từ máy tính, đơn giản dùng vòng hở để điều khiển, điều khiển vòng kín có độ xác không 5% bước cuối ( không để ý tới tổng số bước) giảm bảo trì chổi quét motor DC Cấu hình stepper motor giống motor DC chổi quét Nó có cuộn dây quấn stator rotor nonexcited ( không hứng kích) Đặc biệt, ta thấy cấu hình bên có stator rotor gần nhau, có nhiều làm giảm khả thất thoát từ trường 6.2 Sự Khác Biệt Và Ưu Khuyết Điểm Của Stepper Motor So Với Động Cơ DC: Motor DC thông thường có moment nhỏ vận tốc nhỏ, giảm tốc không đạt moment lớn vận tốc nhỏ q Stepper motor tạo moment lớn vận tốc nhỏ nhờ vào cấu tạo kỹ thuật kích cho q • Stepper motor có đặc tính đặc biệt moment giữ, nhờ đặc tính mà Rotor thắng lại mà không cần dùng đến thắng từ, motor thường • Stepper motor hoạt động với điện áp DC trực tiếp vào, phải dùng với điều khiển nhằm để điều khiển cách xác hoạt động động • Động bước thiết bò quay xác góc quay ứng với bước Ngược lại, động DC quay liên tục cung cấp lượng Dựa tính chất mà stepper motor dùng rộng rãi điều khiển xác cao kiểm soát tốc độ quay, chiều quay, số vòng quay dừng lại cách ý muốn • Điện trở pha stepper motor xác đònh dòng cung cấp, moment quay vận tốc tối đa stepper motor • Độ bước ( degree/step) đại lượng quan trọng để chọn loại stepper motor dùng cho việc thiết kế Tính chất xác đònh góc quay rotor bước, số thường là: 0.72, 1.8, 3.6, 7.5, 15, 30, 90, … Trên số motor lại ghi số bước vòng quay (step/revoluion) q Nhược điểm stepper motor : • Do có nhiều đầu để điều khiển lúc nhiều stepper motor thiết bò giao tiếp cồng kềnh • Để moment quay động lớn cần phải biết kỹ thuật kích phù hợp • Phức tạp điều khiển động bình thường 6.3 Phân Loại Động Cơ Bước : Có nhiều cách để phân loại động bước mặt cấu tạo động bước chia làm ba loại : qĐộng bước kiểu tích cực ( permanent magnet) qĐộng bước kiểu từ trở ( variable reluctance) qĐộng bước kiểu hỗn hợp (hybrid) Phân loại stepping motor dựa vào số cuộn dây stator phân thành loại sau: loại pha, loại pha, loại pha, … ( tức có 2, 3, cuộn dây, … ) Số cực rotor số cực stator xác đònh kích bước (bước góc : step _ angle) Nếu mà bạn biết động bạn thuộc loại qua nhãn ghi động bạn phân biệt chúng nguồn cung cấp Động bước nam châm vónh cửu có xu hướng “ăn khớp” với ta dùng tay quay rotor động Trong động bước từ trở thay đổi quay tròn cách tự nhiên không bò giữ lại (chúng bò khớp nhẹ từ dư hữu rotor) Người ta phân biệt hai loại động đồng hồ đo Ohm Động bước có từ trở thay đổi thường có (có thể có 4) đầu dây, với đầu dây chung Trong động bước nam châm vónh cửu thường có hai đầu dây độc lập với có đầu dây rẽ (dây rẽ thường có động bước nam châm vónh cửu đơn cực) Độ lớn bước tùy thuộc vào loại động Bước lớn khoảng 90độ/bước, bước nhỏ có 1.8 hay có 0.72 độ/bước Với điều khiển , động bước hoạt động chế độ half-step số điều khiển điều khiển bước nhỏ microstep Khi ta cung cấp lượng cho cực hai loại động bước nam châm vónh cửu động bước từ trở thay đổi, rotor (không có tải) giữ cố đònh vò trí rotor (moment giữ) động quay tác động moment lớn moment giữ động cơ, điểm rotor quay, cố giữ điểm tiếp 6.3.1 Động bước từ trở biến đ ổi : Hình Nếu động có ba cặp cực thường kết nối hình vẽ 3.1, với đầu dây chung cho cuộn dây Thông thường sử dụng đầu dây chung thường nối tới nguồn cung cấp đầu dây lại thường nối với mức thấp cách Xem qua hình 3.1 ta thấy động bước có bước 30 độ Và rotor motor có stator có cực Khi cuộn dây thứ cung cấp lượng rotor đánh dấu X bò hút cực Khi dòng cuộn dây thứ bò ngắt dòng cuộn dây thứ hai cung cấp rotor quay 30 độ Khi đánh dấu Y rotor thẳng hàng với cực Muốn làm cho rotor quay ta việc cấp nguồn cho cuộn thứ ba cách Cuộn dây 1001001001001001001001001001 Cuộn dây 0100100100100100100100100100 Cuộn dây 0010010010010010010010010010 Thời gian Cũng có vài loại động bước từ trở thay đổi có bốn đến năm cuộn dây hay Cách điều khiển loại động bước có cuộn dây Điều quan trọng xác đònh xác thứ tự bước Dạng hình học động bước cho hình 3.1 loại động với bước 30 độ/step dùng số cực stato vài rotor Nếu ta chế tạo nhiều rotor ta động với bước nhỏ 6.3.2 Động đơn cực : Động bước đơn cực với đầu dây thường có cấu tạo hình 3.2 Mỗi cuộn dây có đầu chung điểm cuộn dây Khi vận hành điểm thường nối với nguồn cung cấp đầu lại cuộn dây thường nối đất, tùy theo đầu nối đất mà ta xác đònh chiều quay rotor Hình Qua động bước hình 3.2 ta thấy độ dài bước động 30 độ Rotor động nam châm vónh cửu với cực ,3 nam châm cực bắc bố trí quanh rotor Để cho bước cực động nhỏ rotor phải có nhiều cực đối xứng Động bước hình vẽ 3.2 loại động dùng phổ biến, động 15 7.5 độ bước dùng rộng rải Ngày động bước nam châm vónh cửu đạt tới 1.8 độ/ bước Như hình vẽ, dòng điện chạy từ điểm cuộn dây tới điểm cuối nguyên nhân gây cho đỉnh cực stator bắc cực lại cực nam, hút rotor vò trí hình vẽ Nếu ta cung cấp nguồn cho cuộn thứ cung cấp nguồn cho cuộn thứ hai rotor qua 30 độ hay bước Muốn cho rotor tiếp tục quay ta việc cung cấp điện áp hai đầu cuộn dây cách Cuộn 1a 1000100010001000100010001 Cuộn 1b 0010001000100010001000100 Cuộn 2a 0100010001000100010001000 Cuộn 2b 0001000100010001000100010 Thời gian Cuộn 1a 1100110011001100110011001 Cuộn 1b 0011001100110011001100110 Cuộn 2a Cuộn 2b 0110011001100110011001100 1001100110011001100110011 Thời gian Để ý thấy hai nửa cuộn dây không trạng thái tích cực thời điểm Cả hai cách cung cấp tín hiệu cho động quay bước thời điểm Cách có cuộn dây thời điểm dẫn tốn lượng Cách thứ hai thời điểm có hai cuộn dây cung cấp nguồn tốn lượng nhiều bù lại cung cấp moment 1,4 lần lớn so với cách thứ ( để ý hai nửa cuộn dây không kích thích thời điểm) Vậy cách thứ hai sử dụng lượng gấp đôi lại cung cấp moment lớn 1,4 lần Vò trí bước cách khác nhau, nối kết hai loại với ta halfstep Nguyên tắc trình bày sau : Cuộn1a 11000001110000011100000111 Cuộn1b 00011100000111000001110000 Cuộn2a 01110000011100000111000001 Cuộn2b 00000111000001110000011100 Thời gian 6.3.3 Động lưỡng cực : Hình 3 Động bước lưỡng cực nam châm vónh cửu cấu tạo với phần khí giống hệt loại đơn cực , cuộn dây đơn giản nhiều thay chia làm hai động đơn cực Như động đơn giản mạch điều khiển để đổi chiều quay phức tạp nhiều Hình 3.3 cho ta thấy cách bố trí cuộn dây, qua ta thấy mặt cấu tạo khí giống hệt hình 3.2 Mạch điều khiển cho động yêu cầu mạch điều khiển cầu H (H-brigde) cho cuộn dây Nói ngắn gọn mạch cầu H cho phép cung cấp lượng cách độc lập đầu cuộn dây Tín hiệu điều khiển cho bước cho Dấu +, cho ta thấy chiều dòng điện cuộn dây Nút 1a + + + + -Nút 1b + + + + -Nút 2a + + + + -Nút 2b + + + + Hoặc : Nút 1a + + + + + + + + -Nút 1b + + + + + + + + Nút 2a + + + + + + + + -Nút 2b + + + + + + + + Thông thường IC H-brigde có tín hiệu cho phép xuất tín hiệu khác dùng để điều khiển chiều quay cho cực Enable 1010101010101010 1111111111111111 Direction 1 x x x x x x x x 1 0 1 0 1 0 1 0 Enable 0101010101010101 1111111111111111 Direction x x x x x x x x 1 0 1 0 1 0 1 0 Ta nhận động bước nam châm vónh cửu đầu dây motor cách đo điện trở đầu dây ta xác đònh hai cuộn dây Trong cuộn dây hai đầu mắc nối tiếp động sử dụng điện áp cao Nếu chúng mắc song song dùng điện áp thấp Nếu chúng nối nối tiếp với điểm chung chúng sử dụng động đơn cực 6.3.4 Động nhiều pha : Hình Động loại thấy loại động bước nam châm vónh cửu, dây tất cuộn dây nối tiếp tuần hoàn, với nút hai cặp cuộn dây đường tròn Phổ biến loại phase phase Điều khiển động yêu cầu ½ cầu H cho cực motor, loại motor cho moment lớn so với động khác kích thước Động loại có phase đạt tới 7,2 độ/step (hay 500 bước/vòng) Với loại phase motor có 10 bước chu kỳ bước lặp lại, cho : Nút + + + + + + + + + Nút + + + + + + + + -Nút + + + + + + + + + Nút + + + + + + + + + Nút + + + + + + + + Ở trường hợp động bước nam châm vónh cửu lưỡng cực Mỗi đầu cuộn dây nối với nguồn cung cấp nối mass Để ý thấy rằng, bước có đầu bò đảo chiều Để nhận loại động với đầu dây, ta thấy hai đầu liên tiếp motor R điện trở hai đầu cuộn dây liên tiếp 1,5R Chú ý số động pha loại có cuộn dây mắc song song với 10 dây Nhưng loại dây nối hình (như hình vẽ trên) dùng nửa cầu H để điều khiển, cuộn dây điều khiển mạch H đầy đủ 6.4 Các Phương Pháp Điều Khiển Động Cơ Bước : Tùy theo loại động bước,hoạt động động bước điều khiển chế độ sau: • Fullstep : chế độ hoạt động đủ bước (đối xứng) • Halfstep : chế độ hoạt động nửa bước (không đối xứng) • Microstep : chế độ hoạt động vi bước Chế độ hoạt động vi bước chủ yếu dùng để điều khiển hoạt động động bước nhiều pha Trong chế độ hoạt động đối xứng, số cuộn dây điều khiển cung cấp lượng bước khác Như lực từ hóa stator nhau, chế độ hoạt động không đối xứng số cuộn dây điều khiển cấp lượng bước liên tiếp khác Do lực từ hóa stator không 6.4.1 Phương pháp điều khiển đủ bước (Fullstep) : Phương pháp điều khiển đủ bước - Fullstep có bảng thật trình bày sau : Step Bit Bit Bit Bit 1 0 1 1 6.4.2 Phương pháp điều khiển nửa bước (Halfstep) : Phương pháp điều khiển nửa bước - Halfstep có bảng thật trình bày sau : Step Bit Bit Bit Bit 1 0 0 0 1 0 1 0 Như phương pháp điều khiển nửa bước có số bước ứng với vòng quay rotor gấp hai lần số bước tương ứng phương pháp điều khiển đủ bước Phương pháp điều khiển nửa bước cho độ phân giải cao phương pháp điều khiển đủ bước Phương pháp điều khiển đủ bước lại cho moment lực lớn Trên thực tế, việc thực điều khiển theo hai cách nói ta gặp phương pháp điều khiển đơn cực hay đổi cực, xung hay điện áp Phương pháp điều khiển đóng mạch đơn cực , điện áp cuộn dây thay đổi từ ÷ +Vm Khi điều khiển đóng mạch đổi cực điện áp cuộn dây thay đổi từ -Vm ÷ +Vm Theo phương pháp điều khiển điện áp điện áp cuộn dây thay đổi thời điểm tác động xung điều khiển vào đóng mạch Khi ngắt xung điều khiển cuộn dây đóng điện vò trí rotor đònh vò từ trường cuộn dây Theo phương pháp điều khiển xung, điện áp đặt vào cuộn dây có lệnh điều khiển Khi ngắt lệnh điều khiển cuộn dây cắt nguồn rotor đònh vò moment cản thiết vò đònh vò bên 6.5 Một Số Thông Số Cơ Bản Của Động Cơ Bước : Số nhòp điều khiển (số trạng thái chuyển mạch) Kstep 3600 điện : Kstep = m n1 n2 Với : m : số cuộn dây quấn điều khiển, thường ÷ n1 : hệ số phụ thuộc vào phương pháp điều khiển : điều khiển đối xứng (đủ bước) n1 = n1 = : điều khiển không đối xứng (nửa bước) n2 : hệ số phụ thuộc vào phương pháp điều khiển n2 = : đóng mạch đơn cực n2 = : đóng mạch đổi cực Bước rotor tính theo độ điện : g E = 360 K Step Góc quay rotor nhòp chuyển mạch ( bước khí): Với động bước kiểu tích cực : gM = gPE = K360Step P P : số đôi cực thường từ ÷ Với động bước kiểu từ trở : g = gE = 3600 M Zr K Step Z r Zr : số rotor Trong thực tế γM thường trò số từ : 0,72 deg/ step đến vài chục 6.6 Những Hoạt Động Vật Lý Bên Trong Động Cơ Bước : 6.6.1 Ở trạng thái tónh : Cho motor có bước S radians/bước, ta vẽ đồ thò quan hệ moment vò trí góc rotor (thường làm xấp xỉ hàm sin) Trạng thái thực đồ thò tùy thuộc vào cấu tạo rotor, stator (bề mặt stator, vật liệu làm chúng) Đối với loại động bước dùng nam câm vónh cửu giản đồ moment vò trí góc giống sin, động bước từ thay đổi không giống hàm sin Nếu động bước cuộn dây loại từ trở biến đổi động bước nam châm vónh cửu chu kỳ giản đồ (moment vò trí góc 3S), tương tự loại pha chu kỳ 5S Loại động phổ biến có hai cuộn dây chu kỳ lại 4S cho hình 6.1 : Hình Ta có công thức : T = -Hsin(((π/2)/S)θ) Trong : T : moment H : moment giữ S : bước động (tính radians) θ : góc cắt (tính radians) (Ở θ xem góc cơ, (π/2)/s)θ xem góc điện loại bước/vòng) Khi ta cắt nguồn cung cấp cuộn dây moment không quay motor hữu lượng từ dư nhỏ đáng kể Lượng từ dư sinh moment trì Moment trì hãm motor lại ta quay thử motor lúc motor bò cắt lượng Trong thiết kế động bước người ta thường cho phép vào khoảng 10% moment giữ cá biệt có lên đến 23% (động hãng Phytron) có nhỏ (2.6%) Half –Stepping and Microstepping : Về động hoạt động chế độ half-step Có hai cuộn dây cung cấp lượng, có có cuộn dây cung cấp lượng mà Điều dẫn đến moment giữ khác Thông thường ta có : H2 = 2H Ở : H1 : moment giữ cuộn sinh H2 : moment giữ hai cuộn sinh Hình Khi nhà sản xuất bán sản phẩm người ta thường cung cấp cho hai giá trò moment giữ Vì moment giữ hai cuộn dây sinh lớn nhiều moment cuộn dây sinh người ta muốn động hoạt động chế độ full-step người ta thường sử dụng moment giữ hai cuộn dây sinh Công suất tiêu thụ tăng lên gấp đôi moment giữ sinh tăng lên gấp lần Và đa số trường hợp đồ thò không giao điểm S/2 hình vẽ Điều khiển theo kiểu Microstepping cho phép bước nhỏ cách cung cấp dòng điện khác cho hai cuộn dây motor (xem hình 6.3) Hình Với hai cuộn dây động bước có từ trở thay đổi hay động bước nam châm vónh cửu, ta cho biết xác đồ thò hình sin moment giữ vò trí rotor, công thức cho ta tính đường cong moment tổng hợp H = a2 +b2 x = (S / (π / 2)) acrtan (b / a) Ở : a : moment đáp ứng cuộn dây với điểm cân radians b : moment đáp ứng cuộn dây với điểm cân s radians H : moment giữ tổng x : vò trí cân bằng, tính radians S : bước động cơ, tính radians Trong trường hợp chưa bão hòa, moment a b tỉ lệ trực tiếp với dòng ứng với cuộn dây Ma sát vùng chết : Đường moment vò trí cho hình 6.1 không cho ta tính moment động phải vượt qua ma sát Ta thấy ma sát làm tốn lượng để vượt qua ma sát tónh hay ma sát trượt, ma sát động hay tính nhớt, mà sinh cản trở thay đổi vận tốc Ở xem ma sát tónh số, cho ma sát tổng cộng 1/2 giá trò cực đại moment hình 6.1, ta hình 6.4 sau : Hình Đường thẳng chấm chấm hình 6.4 cho thấy lượng moment cần thiết để vượt qua ma sát, có moment sinh mà lớn đường thẳng làm cho motor quay mà Hình Chú ý hậu ma sát tónh nhân lên gấp hai lần Đầu tiên, moment tổng kéo tải bò giảm sút, thứ hai có vùng chết (vùng mà motor quay được) motor thực Độ rộng vùng chết (tính radians) tính sau : d = ( S / (π / 2)) arcsin (f / h) = (S / (π / 4)) arcsin (f / h) Ở : d = độ rộng vùng chết tính radians s = bước động cơ, tính radians f = moment cần thiết để vượt qua ma sát h = moment giữ Vấn đề quan trọng vùng không hoạt động motor giới hạn độ xác cuối cùng! Lấy ví dụ, ma sát tónh 1/2 giá trò cực đại moment Động có bước 90 độ có vùng chết rộng khoảng 60 độ Điều có nghóa bước 150 độ thực 30 độ Điều quan trọng ta sử dụng cách điều khiển Microstepping với bước nhỏ x độ động không quay chút Như với hệ thống điều khiển theo kiểu Microstepping ta phải giảm thiểu ma sát tónh 6.6.2 Ở trạng thái động : Mỗi động quay bước, tức ta rời vò trí cân s radians xem hình 6.5 Hình Sự cộng hưởng : Tần số cộng hưởng rotor motor nhỏ biên độ dao động lớn lớn biên độ dao động nhỏ, giảm biên độ dao động tần số cộng hưởng tăng lên Tần số phụ thuộc vào bước góc tỉ số moment giữ moment quán tính rotor Tần số cộng hưởng nhỏ tính toán theo phương trình Newton sau : T=µA Ở : T : moment rotor µ : moment quán tính tải A : gia tốc góc, tính radians Ta cho tần số thấp, moment rotor xấp xỉ ma sát hệ số tuyến tính dòch chuyển cân Như theo đònh luật Hooke ta có : T = -K θ Ở : K : số sping hệ thống θ : góc rotor, tính radians Ta viết lại phương trình sau : µ A =-k θ A gia tốc (đạo hàm bậc hai vò trí theo thời gian ) A = d2θ/dt2 Ta viết lại phương trình cách khác sau : d2θ /d2t = -(k/µ)θ Ta đặt : f(t) = a* sinbt Vậy : df(t)/dt = ab* cosbt d2 f(t)/dt2 = -ab2sinbt = -b2f(t) Cho rotor quay trạng thái cộng hưởng Như phương trình chuyển động có dạng : θ = a sin (2πft) a = biên độ góc cộng hưởng f = tần số cộng hưởng Khắc phục tượng cộng hưởng : Khi động hoạt động trạng thái gần cộng hưởng, lượng tăng nhanh, kết qủa motor không kiểm soát (chẳng hạn bước) Có ba cách để giải cộng hưởng : Đó kiểm soát cộng hưởng cấu trúc khí : Hình 6 Kiểm soát cộng hưởng hệ thống điều khiển cấp thấp : Khi rotor motor quay trạng thái cộng hưởng gây tượng xuất dòng xoay chiều cuộn dây motor Nếu số cuộn dây motor dòng điện chạy qua, ngắn mạch cuộn dây làm giảm độ xác động bước Còn cuộn dây có dòng điện chạy qua áp AC gây cộng hưởng làm thay đổi dòng DC chạy cuộn dây Ta làm giảm dòng điện AC cách nối với cuộn cảm làm tiêu hao cộng hưởng Một số mạch minh hoạ đề cập chương sau Kiểm soát cộng hưởng hệ thống điều khiển cấp cao : Hình Đường cong đậm hình 6.7 cho thấy dạng moment động mạch điện đơn giản sinh moment hữu ích với vùng vận tốc lớn trái ngược lại thực tế moment không thời điểm tượng cộng hưởng xảy Ta giải vấn đề cách hoàn toàn biết xác tần số cộng hưởng Điều vấn đề nhỏ mà Đồ thò moment vận tốc : Một vấn đề quan trọng việc thiết kế điều khiển động bước với tốc độ cao ảnh hưởng độ từ cảm cuộn dây motor Cũng đồ thò biểu diễn mối quan hệ moment vận tốc góc Tần số thường cho tài liệu kèm, động bước có từ trở thay đổi số Độ từ cảm cuộn dây đònh dạng dòng điện cuộn dây Nó làm cho dạng dòng điện cuộn dây dạng xung mà dạng hàm mũ Hình Tại vận tốc nhỏ không ảnh hưởng đến hoạt động motor tần số cao ảnh hưởng nhiều Tại tốc độ cao ảnh hưởng từ cảm cuộn dây motor làm giảm moment động hình 6.9 Hình Vận tốc cực đại rotor đònh nghóa vận tốc mà moment giảm không Xác đònh vận tốc cực đại vấn đề khó khăn có tượng cộng hưởng ( tượng cộng hưởng làm moment không ) , vận tốc cắt vận tốc mà moment bắt đầu giảm xuống Khi motor hoạt động vận tốc cắt, thay đổi dòng điện cuộn dây không ảnh hưởng đến bước thời gian động ; vận tốc cắt , khoảng thời gian bước chòu ảnh hưởng thời gian thay đổi dòng điện Để ý thấy động có tần số cắt việc xác đònh tần số cắt động thật xấp xỉ Chi tiết mối quan hệ moment tốc độ chòu ảnh hưởng thời gian tăng giảm bước hệ thống điều khiển động Như vận tốc cắt vận tốc cực đại chòu ảnh hưởng điều khiển động Giản đồ moment tốc độ thường nhà sản xuất cho động (nhưng thật khó mà kiểm tra chúng ) Tương tự vận tốc cộng hưởng chòu ảnh hưởng moment quán tính hệ thống rotor mà 6.7 Những Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước Đơn Giản : Mục cho mạch để điều khiển động bước, mạch cho dạng tuỳ theo cấu trúc loại động : 6.7.1 Động bước từ trở thay đổi : Mạch nguyên lý cho hình 7.1 Hình 7.1 Các tín hiệu dùng để đóng mở khóa cho phép cung cấp lượng cho động từ mà motor quay Trong nhiều trường hợp đơn vò điều khiển computer hay PLC với phần mềm thích hợp để điều khiển đóng ngắt khóa cách cho phép động quay theo ý muốn Cuộn dây motor, cuộn solenoid thiết bò tương tự gây tượng cảm ứng dòng điện cuộn dây tăng giảm cách đột ngột Khi ta ngắt khóa tương tự dòng điện không tức khắc mà phải đòi hỏi khoảng thời gian đònh Kết gai điện áp làm tổn hại đến khóa không dùng thiết bò thích hợp Có hai cách để khắc phục tượng : Là mắc đối song với diode cách khác dùng tụ (xem hình 7.2) Hình 7.2 Diode hình 7.2 cho phép dẫn toàn dòng cuộn dây, dẫn thời gian ngắn khóa bò ngắt, dòng giảm dần không Nếu ta dùng họ diode chậm phổ biến 1N400X dùng với khóa đóng ngắt nhanh ta nên dùng thêm với tụ mắc song song với diode Tụ cho hình 7.2 đưa vấn đề phức tạp thiết kế, khóa kích đóng, tụ xả lượng xuống đất, khóa phải chòu xung áp tụ xả thời gian ngắn Điện trở mạch nguồn cung cấp giới hạn dòng Khi khóa mở, lượng tích luỹ cuộn dây motor nạp lượng cho tụ có đặc tính cao áp nguồn, khóa phải chòu áp Ta tính toán tụ thông qua phương trình lượng : P = CV2 / P = LI2 / Ở : P = lượng tồn trữ (đơn vò W.s hay Cu.V) C = giá trò tụ điện, tính F V = điện áp đặt lên tụ L = trở kháng cuộn dây (đơn vò H) I = dòng điện qua cuộn dây Giá trò tụ : C > L I2 / (Vb - Vs)2 Ở : Vb : điện áp đánh thủng khóa Vs : áp nguồn cung cấp Động bước có từ trở thay đổi tùy thuộc vào góc cắt , thiết kế ta chọn giá trò tụ mà không tính toán xác Hơn lúc ta biết tự cảm cuộn dây motor động Nếu tụ điện cuộn dây động nối giống mạch cộng hưởng, hệ thống điều khiển động đạt gần tần số cộng hưởng dòng điện chảy qua cuộn dây động moment động khác hoàn toàn trạng thái moment ổn đònh, tần số cộng hưởng : f = 1/2 LC Khi hai tượng xảy gần làm giảm moment động không cách nhanh chóng 6.7.2 Động bước nam châm vónh cửu động hỗn hợp : Sơ đồ điều khiển cho hình 7.3 Hình 7.3 Cũng tương tự điều khiển gởi tín hiệu điều khiển tương ứng để đóng hay mở khóa cho phép lượng cung cấp cho cuộn dây cách làm cho động quay Với mạch điều khiển cho động bước từ trở biến đổi, chúng sinh dòng điện cảm ứng làm hại khóa khóa bò kích ngắt Thì ta gặp lại chúng lần lần ta phải cần mắc shunt xem hình 7.4 Hình 7.4 Những diode thêm vào bắt buộc cuộn dây motor không hai phần điện cảm riêng biệt, chúng nối chung với hình vẽ nối với điện áp cố đònh Trong hai đầu dây lại, đầu kéo xuống thấp đầu lại phải kéo lên cao ngược lại Khi khóa chuyển từ trạng thái đóng sang trạng thái ngắt dòng điện cảm ứng sinh làm hư mạch, điều hạn chế diode Một tụ điện sử dụng để hạn chế điều (xem hình 7.5) Hình 7.5 Cách tính giá trò tụ giống hệt hình 7.2, tính thông số cộng hưởng khác hoàn toàn ! Với động bước nam châm vónh cửu tụ hoạt động gần tần số cộng hưởng moment tăng gấp, kết qủa đồ thò moment tốc độ phức tạp xem hình 7.6 Hình 7.6 Hình 7.6 cho thấy moment tăng cộng hưởng điện giảm xuống cộng hưởng [...]...g = gE = 360 0 M Zr K Step Z r Zr : số răng rotor Trong thực tế γM thường trò số từ : 0,72 deg/ step đến vài chục 6. 6 Những Hoạt Động Vật Lý Bên Trong Động Cơ Bước : 6. 6.1 Ở trạng thái tónh : Cho một motor có bước là S radians/bước, ta sẽ vẽ được đồ thò quan hệ moment và vò trí góc của rotor (thường được... sinh ra moment duy trì Moment duy trì này hãm motor lại khi ta quay thử motor trong lúc motor bò cắt năng lượng Trong thiết kế động cơ bước người ta thường cho phép nó vào khoảng 10% moment giữ cá biệt có khi lên đến 23% (động cơ của hãng Phytron) hoặc có khi rất nhỏ (2 .6% ) Half –Stepping and Microstepping : Về cơ bản khi động cơ hoạt động ở chế độ half -step Có khi cả hai cuộn dây kế tiếp nhau được... hình 6. 4 như sau : Hình 6 4 Đường thẳng chấm chấm trong hình 6. 4 cho thấy lượng moment cần thiết để vượt qua ma sát, chỉ có moment sinh ra mà lớn hơn đường thẳng này thì mới làm cho motor quay được mà thôi Hình 6 5 Chú ý hậu quả của ma sát tónh nhân lên gấp hai lần Đầu tiên, moment tổng kéo tải bò giảm sút, cái thứ hai là có vùng chết (vùng mà motor không thể quay được) trong mỗi motor thực Độ rộng của... nhỏ hơn x độ thì động cơ không quay một chút nào cả Như vậy với hệ thống điều khiển theo kiểu Microstepping ta phải giảm thiểu ma sát tónh 6. 6.2 Ở trạng thái động : Mỗi khi động cơ quay đi một bước, tức là ta rời vò trí cân bằng đi s radians xem hình 6. 5 Hình 6 5 Sự cộng hưởng : Tần số cộng hưởng của rotor motor là nhỏ hơn tại biên độ dao động lớn và là lớn hơn tại biên độ dao động nhỏ, khi giảm biên... nhanh, kết qủa là motor không kiểm soát được (chẳng hạn mất một bước) Có ba cách cơ bản để giải quyết cộng hưởng : Đó là kiểm soát cộng hưởng bằng cấu trúc cơ khí : Hình 6 6 Kiểm soát cộng hưởng trong hệ thống điều khiển cấp thấp : Khi rotor của motor đang quay trong trạng thái cộng hưởng sẽ gây ra hiện tượng xuất hiện dòng xoay chiều trong cuộn dây của motor Nếu một số cuộn dây của motor hiện không... giữ sinh ra tăng lên gấp 2 lần Và trong đa số các trường hợp đồ thò không giao nhau ở điểm S/2 như hình vẽ trên Điều khiển theo kiểu Microstepping cho phép những bước rất nhỏ bằng cách cung cấp những dòng điện khác nhau cho hai cuộn dây của motor (xem hình 6. 3) Hình 6 3 Với hai cuộn dây của động cơ bước có từ trở thay đổi hay động cơ bước nam châm vónh cửu, ta cho là biết được chính xác đồ thò hình sin... cuộn dây không phải là dạng xung mà là dạng hàm mũ Hình 6 8 Tại vận tốc nhỏ thì nó không ảnh hưởng đến sự hoạt động của motor nhưng ở tần số cao nó ảnh hưởng nhiều Tại tốc độ cao ảnh hưởng của từ cảm của mỗi cuộn dây motor sẽ làm giảm moment của động cơ như là hình 6. 9 dưới đây Hình 6 9 Vận tốc cực đại của rotor được đònh nghóa là vận tốc mà tại đó moment giảm về không Xác đònh được vận tốc cực đại là... trên hình 6. 1 không cho ta tính được moment của động cơ khi phải vượt qua ma sát Ta thấy rằng ma sát làm tốn một năng lượng nào đó để vượt qua được ma sát tónh hay ma sát trượt, ma sát động hay tính nhớt, mà sinh ra những cản trở mỗi khi thay đổi vận tốc Ở đây chúng ta xem như là ma sát tónh là một hằng số, cho là ma sát tổng cộng bằng 1/2 giá trò cực đại của moment trong hình 6. 1, ta được hình 6. 4 như... và được cho như hình 6. 1 dưới đây : Hình 6 1 Ta có công thức : T = -Hsin(((π/2)/S)θ) Trong đó : T : moment H : moment giữ S : bước của động cơ (tính bằng radians) θ : góc cắt (tính bằng radians) (Ở đây θ được xem như là góc cơ, còn (π/2)/s)θ được xem như là góc điện đối với loại 4 bước/vòng) Khi ta cắt nguồn cung cấp của các cuộn dây thì moment không bao giờ quay về 0 vì trong motor luôn hiện hữu một... cuộn dây Ta sẽ làm giảm dòng điện AC bằng cách nối với các cuộn cảm ở ngoài sẽ làm tiêu hao sự cộng hưởng Một số mạch minh hoạ sẽ được đề cập ở những chương sau Kiểm soát cộng hưởng trong hệ thống điều khiển cấp cao : Hình 6 7 Đường cong đậm trong hình 6. 7 cho thấy dạng moment động cơ bởi các mạch điện đơn giản sinh ra một moment hữu ích với một vùng vận tốc lớn trái ngược lại thực tế thì moment có ... thực tế γM thường trò số từ : 0,72 deg/ step đến vài chục 6. 6 Những Hoạt Động Vật Lý Bên Trong Động Cơ Bước : 6. 6.1 Ở trạng thái tónh : Cho motor có bước S radians/bước, ta vẽ đồ thò quan hệ moment... nguồn cung cấp cuộn dây moment không quay motor hữu lượng từ dư nhỏ đáng kể Lượng từ dư sinh moment trì Moment trì hãm motor lại ta quay thử motor lúc motor bò cắt lượng Trong thiết kế động bước... cực đại moment hình 6. 1, ta hình 6. 4 sau : Hình Đường thẳng chấm chấm hình 6. 4 cho thấy lượng moment cần thiết để vượt qua ma sát, có moment sinh mà lớn đường thẳng làm cho motor quay mà Hình