K ẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU HIỂN TRONG RễBỐT CẤP PHễI TỰĐỘNG
3.1.3.3 Phõn loại động cơ bước.
Căn cứ vào cấu tạo, động cơ bước được phõn thành hai loại thụng dụng là động cơ bước cú từ trở biến đổi ( Variable reluctance – VR ) và động cơ bước nam chõm vĩnh cửu ( Permanent Magnet – PM ), cả hai loại động cơ bước này đều hoạt động bằng cỏch kớch thớch xung điện ỏp chữ nhật vào cuộn dõy stato, từ đú sẽ biến đổi thành chuyển dịch theo gúc, ngoài ra cũn loại động bước kiểu lai, nú là sự kết hợp của hai loại động cơ bước trờn.
a, Động cơ bước loại VR:
Là động cơ cú cỏc cuộn dõy cuốn trờn cỏc răng của của stato cũn rụto làm bằng sắt non là loại sắt từ khụng cú khả năng giữ từ trường khi ngừng kớch thớch. Rụto quay khi cỏc răng của rụto bị hỳt bởi từ trường của cỏc răng stato. Rụ to sắt non cú quỏn tớnh nhỏ hơn cỏc loại khỏc. Điều này cho phộp đỏp ứng nhanh hơn. Tuy nhiờn do rụto khụng cú mụmen dư khi ngừng kớch thớch , động cơ quay tự do, gúc bước của động cơ VR thường là 7,50 và 150.
Xột nguyờn lý của động cơ VR:
Ta kớch thớch cuộn dõy một pha nào đú bắng nguồn một chiều khi đú lực từ trường do cuộn dõy của stato sinh ra sẽ đẩy rụto tới vị trớ mà tại đú tiết diện răng rụto và tiết diện răng stato đối diện vỡ tại vị trớ này từ trở nhỏ nhất nờn động cơ sẽ ở trạng thỏi cõn bằng. Trờn hỡnh vẽ ta xột động cơ VR 3 pha cú 12 răng trờn stato và 8 răng trờn rụto. Giả xử khi pha C được kớch thớch thỡ Rụto ở vị trớ như hỡnh a, nếu ngừng kớch thớch pha C và kớch thớch pha B thỡ răng rụto cú vị trớ gần pha B sẽ được đẩy vào vị trớ đối diện thẳng hàng với răng của stato khi đú rụto sẽ chuyển động được một bước. Cứ tiếp tục kớch thớch xung như vậy thỡ rụto sẽ chuyển động theo vũng trũ, đõy là lý do tại sao động cơ bước loại VR hoạt động được. Tuy nhiờn nếu ta kớch thớch pha C thay vỡ pha A thỉ rụto sẽ quay theo chiều kim đồng hồ trở về vị trớ pha C ban đầu.
b, Động cơ bước nam chõm vĩnh cửu.
Stato gồm một số răng trờn đú mang dũng điện kớch thớch. Rụto là nam chõm vĩnh cửu cú số cực bằng số răng của stato. Để minh hoạ ta xột động cơ bước gồm hai cụm điển hỡnh, mỗi cụm cú một cuộn dõy giả xử là cuộn A và cuộn B. Khi được kớch thớch cỏc cuộn tạo ra cỏc cực như nam chõm điện. Cỏc cực được tạo ra trờn hai cuộn cú vị trớ lệch so với nhau một nửa. Nếu cuộn pha A được kớch thớch với điện ỏp dương sẽ tạo ra cỏc cực từ như hỡnh vẽ. Cực từ của nam chõm vĩnh cửu của rụto sẽ tương tỏc với cực từ được sinh ra trờn stato theo nguyờn tắc cựng dấu thỡ đẩy nhau trỏi dấu thỡ hỳt nhau, đõy chớnh là nguyờn nhõn làm cho rụto chuyển động. Trờn hỡnh a là pha A được kớch thớch với điện ỏp dương, khi pha A ngắt điện cho pha B được kớch thớch với điện ỏp dương thỡ rụto sẽ dịch thờm một đoạn cựng chiều đú. Để chuyển động thỡ pha B khụng được kớch thớch và pha A sẽ được kớch thớch với điện ỏp õm. Hỡnh 3-3: Sơ đồ cấu tạo động cơbước VR C C B A (a) (b) A B C C (c) A B C C A B C B
1,2 : Hai nửa stato cú dạng cực múng được từ hoỏ với cực N và S xen kẽ nhau.
3 : Hai cuộn stato (một cuộn điều khiển đơn cực và một cuộn điều khiển lưỡng cực) được đặt ở trong hai nửa stato.
4 : Rụto nam chõm vĩnh cửu cú cỏc cực từ xen kẽ.
Động cơ PM cú đặc điểm là khi động cơ bị cắt nguồn cấp cho cỏc pha thỡ vẫn cũn cú từ trường dư ở cỏc pha stato tỏc dụng với từ trường nam chõm vĩnh cửu trờn rụto vỡ vậy động cơ vẫn được hóm ở vị trớ ổn định. Mụmen này cú thể coi như mụmen hóm của động cơ bước, trong khi đú động cơ bước kiểu VR khụng cú khả năng hóm này khi tất cả cỏc cuộn dõy khụng được kớch thớch do vật liệu làm rụto khụng cú từ dư.
c, Động cơ bước kiểu lai ( Hybrid )
Là sự kết hợp của hai loại động cơ kiểu VR và PM, cấu trỳc stato gồm một số cực lớn, trờn mỗi cực lớn lại được chia thành cỏc răng nhỏ. Rụto là nam chõm hỡnh trụ cú nhiều răng với kớch cỡ giống kớch cỡ răng stato. Gốc bước của nú phụ thuộc vào số răng trờn stato và rụto.
Hỡnh 3-4: Sơđồ cấu tạo động cơ bước nam chõm vĩnh cửu
3
1 2
43 3
Hỡnh 3-5: Sơđồ cấu tạo động cơ bước kiểu lai.
1: Hai pha điều khiển lưỡng cực. 2: Stato dạng răng.
3: Cuộn dõy pha điều khiển lưỡng cực. 4: Hai vành răng mgoài của rụto
Phần stato được cấu tạo hoàn toàn giống stato của loại động cơ bước cú từ trở thay đổi. Trờn cỏc cực của stato được đặt cỏc cuộn dõy pha, mỗi cuộn dõy pha đượcquấn thành 2 hoặc 4 cuộn dõy dặt xen kẽ nhau hỡnh thành lờn cỏc cực N và S, đồng thời đối diện với mỗi cực bối dõy là cỏc răng của rụto và cũng được đặt xen kẽ giữa hai vành răng của stato.
* Cỏc thụng số của động cơ bước:
Gúc quay:
Động cơ bước quay một gúc xỏc định đối với mỗi xung kớch. Gúc bước θ càng nhỏ thỡ độ phõn giải càng cao. Số bước s là một thụng số quan trọng.
θ 0 360 = s (1) Tốc độ quay và tần số xung: 2 1 1 2 3 4
Tốc độ quay của động cơ bước phụ thuộc vào số bước trong một giõy. Đối với hầu hết cỏc động cơ bước, số xung cấp cho động cơ bằng số bước nờn tốc độ cú thể tớnh theo tần số xung f. Tốc độ quay của động cơ bước cú bước tớnh theo cụng thức sau:
Sf f n= 60 (2)
Trong đú : n là tốc độ quay ( vũng / giõy), f là tần sú bước ( Hz), s là số bước.
Ngoài ra cũn cỏc thụng số quan trọng khỏc như độ chớnh xỏc vị trớ và tỷ số momen và quỏn tớnh roto. Độ chớnh xỏc vị trớ của động cơ bước phụ thuộc vào đặc tớnh của động cơ, vào độ chớnh xỏc chế tạo... Tỷ số momen và quỏn tớnh roto cú ảnh hưởng quyết định đến khả năng dừng ngay khi chuỗi xung điều khiển đó ngắt.