Các loại động bước CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ BƯỚC • • • • • Giới thiệu Động biến từ trở Động đơn cực Động hai cực Động nhiều pha Giới thiệu Động bước loại động điện có nguyên lý ứng dụng khác biệt với đa số động điện thông thường Chúng thực chất động không đồng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay chuyển động rơto có khả cố định rơto vào vị trí cần thiết Về cấu tạo, động bước coi tổng hợp hai loại động cơ: Động chiều không tiếp xúc động đồng giảm tốc công suất nhỏ Động bước không quay theo chế thông thường, chúng quay theo bước nên có độ xác cao mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ chuyển mạch điện tử đưa tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự tần số định Tổng số góc quay rơto tương ứng với số lần chuyển mạch, chiều quay tốc độ quay rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi tần số chuyển đổi Động bước chia làm hai loại, nam châm vĩnh cửu biến từ trở (cũng có loại động hỗn hợp nữa, khơng khác biệt với động nam châm vĩnh cửu) Nếu nhãn động cơ, bạn phân biệt hai loại động cảm giác mà không cần cấp điện cho chúng Động n am châm vĩnh cửu dường có nấc bạn dùng tay xoay nhẹ rotor chúng, động biến từ trở dường xoay tự (mặc dù c ảm thấy chúng có nấc nhẹ giảm từ tính rotor) Bạn phân biệt hai loại động ohm kế Động biến từ trở thường có mấu, với dây chung, đó, động nam châm vĩnh cửu thường có hai mấu phân biệt, có khơng có nút trung tâm Nút trung tâm đượ c dùng động nam châm vĩnh cửu đơn cực Động bước phong phú góc quay Các động quay 90 độ bước, động nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.8 độ đến 0.72 độ bước Với điều khiển, hầu hết loại động nam châm vĩnh cửu hỗn hợp chạy chế độ nửa bước, vài điều khiển điều khiển phân bước nhỏ hay gọi vi bước Đối với động nam châm vĩnh cửu động biến từ trở, mấu động kích, rotor (ở khơng tải) nhảy đến góc cố định sau giữ nguyên góc moment xoắn vượt qua giá trị moment xoắn giữ (hold torque) động Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động bước cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu thực trung thành lệnh đưa dạng số Động bước ứng dụng nhiều ngành Tự động hoá, chúng ứng dụng thiết bị cần điều khiển xác Ví dụ: Điều khiển robot, điều khiển tiêu cự hệ quang học, điều khiển định vị hệ quan trắc, điểu khiển bắt, bám mục tiêu khí tài quan sát, điều khiển lập trình thiết bị gia công cắt gọt, điều khiển cấu lái phương chiều máy bay Trong công nghệ máy tính, động bước sử dụng cho loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in STEP có đặc tính sau: • Brushlesss (không chổi than): STEP loại động không chổi than • Load Independent (độc lập với tải): động bước quay với tốc độ ổn định tầm moment động • Open loop positioning (điều khiển vị trí vòng hở): thơng thường đếm xung kích động để xác định vị trí mà khơng cần phải có cảm biến hồi tiếp vị trí, đơi ứng dụng đòi hỏi tính xác cao STEP thường sử dụng kết hợp với cảm biến vị trí như: encoder, biến trở … • Holding Torque (moment giữ ): STEP giữ trục quay nó, so với động DC khơng có hộp số moment giữ STEP lớn nhiều • Excellent Response (Đáp ứng tốt): STEP đáp ứng tốt khởi động, dừng lại đảo chiều quay cách dễ dàng Động bước Dải góc quay bước: 0.72 o – 3.6o Dải dòng điện: 0.3 – (A) 1.1 Động biến từ trở Hình 1.1 Nếu motor bạn có cuộn dây, nối biểu đồ hình 1.1, với đầu nối chung cho tất cuộn, động biến từ trở Khi sử dụng, dây nối chung (C) thường nối vào cực dương nguồn cuộn kích theo thứ tự liên tục Dấu thập hình 1.1 rotor động biến từ trở quay 30 độ bước Rotor động có stator có cực, cuộn quấn quanh hai cực đối diện Khi cuộn kích điện, X rotor bị hút vào cực Nếu dòng qua cuộn bị ngắt đóng dòng qua cuộn 2, rotor quay 30 độ theo chiều kim đồng hồ Y hút vào cực Để quay động cách liên tục, cần cấp điện liên tục luân phiên cho cuộn Theo logic đặt ra, bảng có nghĩa có dòng điện qua cuộn, chuỗi điều khiển sau quay động theo chiều kim đồng hồ 24 bước vòng: Cuộn 1001001001001001001001001 Cuộn 0100100100100100100100100 Cuộn 0010010010010010010010010 thời gian Phần điều khiển mức trung bình cung cấp chi tiết phương pháp tạo dãy tín hiệu điều khiển vậy, phần mạch điều khiển bàn việc đóng ngắt dòng điện qua cuộn để điều khiển động từ chuỗi Hình dạng động mơ tả hình 1.1, quay 30 độ bước, dùng số rotor số cực stator tối thiểu Sử dụng nhiều cực nhiều cho phép động quay với góc nhỏ Tạo mặt bề mặt cực rotor cách phù hợp cho phép bước nhỏ đến vài độ 1.2 Động đơn cực Hình 1.2 Động bước đơn cực, nam châm vĩnh cửu động hỗn hợp, với 5, dây thường quấn sơ đồ hình 1.2, với đầu nối trung tâm cuộn Khi dùng, đầu nối trung tâm thường nối vào cực dươn g nguồn cấp, hai đầu lại mấu nối đất để đảo chiều từ trường tạo cuộn Sự khác hai loại động nam châm vĩnh cửu đơn cực động hỗn hợp đơn cực khơng thể nói rõ nội dung tóm tắt tài liệu Từ đây, khảo sát động đơn cực, khảo sát động nam châm vĩnh cửu, việc điều khiển động hỗn hợp đơn cực hoàn toàn tương tự Mấu nằm cực stator, mấu nằm hai cực bên phải bên trái động Rotor nam châm vĩnh cửu với cực, Nam Bắc , xếp xen kẽ vòng tròn Để xử lý góc bước mức độ cao hơn, rotor phải có nhiều cực đối xứng Động 30 độ bước hình thiết kế động nam châm vĩnh cửu thông dụng nhất, động có bước 15 độ 7.5 độ lớn Người ta tạo động nam châm vĩnh cửu với bước 1.8 độ với động hỗn hợp bước nhỏ đạt 3.6 độ đến 1.8 độ, tốt nữa, đạt đến 0.72 độ Như hình, dòng điện qua từ đầu trung tâm mấu đến đầu a tạo cực Bắc stator cực lại stator cực Nam Nếu điện mấu bị ngắt kích mấu 2, rotor quay 30 độ, hay bước Để quay động cách liên tục, cần áp điện vào hai mấu đông theo dãy Mấu 1a 1000100010001000100010001 Mấu 1a 1100110011001100110011001 Mấu 1b 0010001000100010001000100 Mấu 1b 0011001100110011001100110 Mấu 2a 0100010001000100010001000 Mấu 2a 0110011001100110011001100 Mấu 2b 0001000100010001000100010 Mấu 2b 1001100110011001100110011 thời gian thời gian Nhớ hai nửa mấu khơng kích lúc Cả hai dãy nêu quay động nam châm vĩnh cửu bước thời điểm Dãy bên trái cấp điện cho mấu thời điểm, mơ tả hình trên; vậy, dùng lượng Dãy bên phải đòi hỏi cấp điện cho hai mấu lúc nói chung tạo moment xoắy lớn dãy bên trái 1.4 lần phải cấp điện gấp lần Phần điều khiển mức trung bình tài liệu cung cấp chi tiết phương pháp tạo dãy tín hiệu điều khiển vậy, phần mạch điều khiển nói mạch đóng ngắt mạch điện cần thiết để điều khiển mấu động từ dãy điều khiển Vị trí bước tạo hai chuỗi khơng giống nhau; kết quả, kết hợp chuỗi cho phép điều khiển nửa bước, với việc dừng động cách vị trí nêu hai dãy Chuỗi kết hợp sau: Mấu 1a 11000001110000011100000111 Mấu 1b 00011100000111000001110000 Mấu 2a 01110000011100000111000001 Mấu 2b 00000111000001110000011100 Thời gian 1.3 Động hai cực Hình 1.3 Động nam châm vĩnh cửu hỗn hợp hai cực có cấu trúc khí giống y động đơn cực, hai mấu động nối đơn giản , khơng có đầu trung tâm Vì vậy, thân động đơn giản hơn, nhưn g mạch điều khiển để đảo cực cặp cực động phức tạp Minh hoạ hình 1.3 cách nối động cơ, phần rotor giống y hình 1.2 Mạch điều khiển cho động đòi hỏi mạch điều khiển cầu H cho mấu; điều bàn chi tiết phần mạch điều khiển Tóm lại, cầu H cho phép cực nguồn áp đến đầu mấu điều khiển cách độc lập Các dãy điều khiển cho bước đơn loại động nêu bên dưới, dùng + - để đại diện cho cực nguồn áp áp vào đầu động cơ: Đầu 1a + - - - + - - - + - - - + - - - ++ ++ ++ ++ Đầu 1b - - + - - - + - - - + - - - + - ++ ++ ++ ++ Đầu 2a - + - - -+ - - - + - - - + - - -++ ++ ++ ++- Đầu 2b - - - + - - - + - - - + - - - + + ++ ++ ++ + thời gian Chú ý dãy giống động nam châm vĩnh cửu đơn cực, mức độ lý thuyết, mức độ mạch đóng ngắt cầu H, hệ thống điều khiển cho hai loại động giống Chú ý khác có nhiều chip điều khiển cầu H có đầu vào điều khiển đầu đầu khác để điều khiển hướng Có loại chip cầu H kể trên, dãy điều khiển quay động giống dãy điều khiển nêu phía trên: Enable 1010101010101010 1111111111111111 Hướng 1x0x1x0x1x0x1x0x 1100110011001100 Enable 0101010101010101 1111111111111111 Hướng x1x0x1x0x1x0x1x0 0110011001100110 thời gian Để phân biệt động nam châm vĩnh cửu hai cực với động dây biến từ trở, đo điện trở cặp dây Chú ý vài động nam châm vĩnh cửu có mấu độc lập, xếp thành Trong bộ, hai mấu nối tiếp với nhau, động hai cực điện cao Nếu chúng nối song song, động hai cực dùng điện thấp Nếu chúng nối tiếp với đầu trung tâm, dùng với động đơn cực điên thấp 1.4 Động nhiều pha Hình 1.4 Một phận động không phổ biến loại động nam châm vĩnh cửu mà cuộn quấn nối tiếp thành vòng kín hình 1.4 Thiết kế phổ biến loại sử dụng dây nối pha pha Bộ điều khiển cần ½ cầu H cho đầu động cơ, động cung cấp moment xoắn lớn so với loại động bước khác kích thước Một vài động pha xử lý cấp cao để có bước 0.72 độ (500 bước vòng).Với động pha quay mười bước vòng bước, trình bày đây: Đầu + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + Đầu ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ Đầu + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + Đầu + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ Đầu ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ thời gian Ở đây, giống trường hợp động hai cực, đầu nối vào cực dương cực âm hệ thống cấp điện động Chú ý rằng, bước, có đầu thay đổi cực Sự thay đổi làm ngắt điện mấu nối vào đầu (bởi hai đầu mấu có điện cực) áp điện vào mấu trạng thái nghỉ trước Hình dạng động đề nghị hình 1.4, dãy điều khiển điều khiển động quay vòng Để phân biệt động pha với loại động có dây dẫn chính, cần nhớ rằng, điện trở đầu liên tiếp động pha R, điện trở hai đầu khơng liên tiếp 1.5R Và cần ghi nhận vài động pha có mấu chia, với 10 đầu dây dẫn Những dây nối thành hình hình minh hoạ trên, sử dụng mạch điều khiển gồm nửa cầu H, nói cách khác mấu điều khiển vòng cầu H đầy đủ Để tránh việc tính tốn lý thuyết với linh kiện điện tử, dùng chip mạch cầu tích hợp đầy đủ để tính tốn gần Qua ta phân biệt loại động động biến từ trở, động đơn cực, động hai cực, động nhiều pha dựa vào cảm nhận tay quay rotor dùng Ohm kế Việc phân biệt cặp đầu cuộn dây suy từ việc dùng Ohm kế để đo đầu dây Tuy nhiên, việc xác định cặp dây cuộn dây động đơn cực khó khăn chút Để phân biệt hai cặp dây động đơn cực dây, trước tiên dùng Ohm kế để xác định dây nối trung tâm Áp điện áp xoay chiều vào dây trung tâm dây lại Dùng Volt kế xoay chiều đo điện áp dây nối trung tâm dây lại Chúng ta thấy điện áp dây trung tâm với dây lại gần khơng, với dây thứ ba gần điện áp xoay chiều áp vào động Như vậy, hai dây cho điện áp gần cặp, hai dây lại cặp thứ hai