CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 5.1 Các phần tử điều khiển
5.1.1 Động cơ bước
Hình 5.1 Động cơ bước NEMA 17
Động cơ bước làm việc được là nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào Stator theo một thứ tự nhất định và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của Rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của Rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.
Nếu xét trên phương diện dòng điện, khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây Stator (phần ứng) của động cơ bước, thì Rotor (phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một góc nhất định, góc ấy là một bước quay của động cơ. Ở đây ta có thể định nghĩa về góc bước (Step Angle) là độ quay nhỏ nhất của một bước do nhà sản xuất quy định. Khi các xung điện áp đặt vào các cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục thì Rotor sẽ quay liên tục (thực chất chuyển động đó vẫn theo các bước rời rạc).
Như hình minh họa: bên trong động cơ bước có 4 cuộn dây Stator được sắp xếp theo cặp đối xứng qua tâm. Rotor là nam châm vĩnh cửu có nhiều răng. Động cơ bước hoạt động trên cơ sở lý thuyết điện - từ trường : các cực cùng dấu đẩy nhau và các cực khác dấu hút nhau. Chiều quay được xác định bởi từ trường của Stator, mà từ trường này là do dòng điện chạy qua lõi cuộn dây gây nên. Khi hướng của dòng thay đổi thì cực từ trường cũng thay đổi theo, gây nên chuyển động ngược lại của động cơ.
Hình 5.3 Cấu tạo của động cơ bước Nguyên lý làm việc chung của động cơ bước :
Khác với động cơ thông thường, Rotor của động cơ bước không có cuộn dây khởi động mà nó được khởi động bằng phương pháp tần số, Rotor của động cơ bước có thể được kích thích (Rotor tích cực) hoặc không được kích thích (Rotor thụ động).Xung điện áp cấp cho cuộn dây Stator có thể là xung 1 cực hoặc 2 cực:
Hình 5.4 Giản đồ thời gian.
Nam châm vĩnh cửu
Stator Cuộn dây
Chuyển mạch điện tử có thể cung cấp điện áp điều khiển cho các cuộn dây Stator theo từng cuộn riêng lẻ, hoặc theo từng nhóm các cuộn dây. Trị số cũng như chiều của lực điện từ tổng F phụ thuộc vào vị trí của các lực điện từ thành phần. Do đó vị trí Rotor của động cơ bước trong không gian, hoàn toàn phụ thuộc vào phương pháp cung cấp điện cho các cuộn dây.
Hình 5.5 Mô tả tương quan giữa quá trình điện và quá trình cơ của động cơ bước.
Động cơ bước sử dụng trong đồ án có tên là PHB42S40_402 ( NEMA 17 ).
Thông số kỹ thuật: Model Số pha Góc bướ c Dòn g điện Điện trở Hệ số tự cảm Mome n xoắn giữ Momen xoắn Rotor quán tính Dây dẫn Trọn g lượn g A Ω mH N.cm N.cm g.cm2 Pin kg PHB42S40_40 2 2 1.8o 1.7 1.5 2.8 40 22 54 4 0.28