2. Các sơ đoă đoơng lực và thuaơt toán đieău khieơn:
III.4 ĐIEĂU KHIEƠN ĐOƠNG CƠ BƯỚC:
1. Nguyeđn lý hốt đoơng, phađn lối:
Đoơng cơ bước thường dùng làm phaăn tử châp hành trong các heơ thông tự đoơng, có rotor chuyeơn đoơng từng góc xác định (gĩi là bước) khi các cuoơn dađy được cung câp moơt xung dòng đieơn, và nhờ xung dòng này đeơ giữ ở vị trí mới cho đên xung kê tiêp. Nhờ đó, nó là phaăn tử lý tưởng cho các heơ thông đieău khieơn vị trí với các ưu đieơm: trực tiêp đieău khieơn vị trí – khođng thođng qua tôc đoơ, chư caăn đieău khieơn vòng hở và dùng kỹ thuaơt sô. Nhược đieơm lớn nhât là chư có theơ chê táo được lối cođng suât bé.
Có ba lối đoơng cơ bước:
- Đoơng cơ bước lối từ trở (reluctance type) hình 3.14, rotor là khôi saĩt từ có những raíng di chuyeơn trước những cuoơn dađy sao cho từ trở mách là bé nhât tương ứng lực hút (holding torque) lớn nhât khi cuoơn dađy tương ứng có dòng đieơn. Phú thuoơc vào thứ tự kích
(a) Cuoơn dađy 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 Cuoơn dađy 2 0 1 0 0 1 0 0 1 0 Cuoơn dađy 3 0 0 1 0 0 1 0 0 1 Cực từ X Y X Y X Y X Y X Cuoơn dađy 1 2 3 1 2 3 1 2 3 thời gian ---> Hình 3.14: (b)
xung các cuoơn dađy ta có sự di chuyeơn cụa rotor. Với sơ đoă hình 3.14.a, đoơng cơ có 3 cuoơn dađy và 4 raíng, caăn 9 xung đeơ rotor đi được ½ vòng như hình 3.14.b.
- Đoơng cơ bước lối nam chađm vĩnh cửu: có rotor là nam chađm vĩnh cửu có lực kéo mánh hơn vì kêt hợp lực nam chađm đieơn cụa cuoơn dađy và nam chađm rotor. Hình 3.15.a trình bày câu táo cụa đoơng cơ hai cuoơn dađy có đieơm giữa và rotor là 3 nam chađm. Dòng đieơn chạy qua cuoơn 1a làm caịp cực từ 1 có cực tính như hình vẽ, và cực tính này sẽ đão lái nêu kích vào 1b. Như vaơy cũng có theơ xem đoơng cơ này có 4 cuoơn dađy moơt cực tính hay hai cuoơn dađy làm vieơc 2 cực tính. Sơ đoă xung đieău khieơn đoơng cơ hình 3.15.b và 3.15.c khác nhau ở choê moêi lúc có 1 và 2 cuoơn dađy có đieơn (single winding và two winding). Hình 3.16 trình bày
(a) Hình 3.15: Cuoơn dađy 1a 1000100010001 Cuoơn dađy 1b 0010001000100 Cuoơn dađy 2a 0100010001000 (b) Cuoơn dađy 2b 0001000100010 thời gian ---> Cuoơn dađy 1a 1100110011001 Cuoơn dađy 1b 0011001100110 Cuoơn dađy 2a 0110011001100
Hình 3.16:
Cuoơn dađy 2b 1001100110011
thời gian --->
Hình 3.15.c:
momen giữ (holding torque) theo vị trí rotor ứng với hai trường hợp đieău khieơn cụa đoơng cơ rotor nam chađm vĩnh cửu. Trúc tung ứng với trúc moơt cuoơn dađy, momen sẽ cực đái khi trúc cực từ rotor cùng cực tính có hoành đoơ baỉng khođng và cực tieơu (ađm) khi ngược cực tính.
Nhaơn xét là đieău khieơn với hai cuoơn dađy có đieơn cho ra momen lớn hơn nhưng tieđu tán naíng lượng nhieău hơn.
- Thường gaịp hơn là lối đoơng cơ bước hoên hợp với rotor là nam chađm vĩnh cửu nhưng có cạ raíng đeơ taíng đoơ phađn giại (sô bước trong moơt vòng).
Terminal 1 ++++---+++++---+ Terminal 2 ---+++++---+++++-- Terminal 3 ++---+++++---+++ Terminal 4 -+++++---+++++---- Terminal 5 ---+++++---+++++ time --->
Hình 3.17: Đoơng cơ bước 5 pha nôi sao.
- Hình 3.17 cho ta sơ đoă nôi dađy đoơng cơ bước lối 5 pha nôi sao, mách đoơng lực goăm 5 nửa caău (10 ngaĩt đieơn) được đieău khieơn đeơ 5 ngỏ ra có cực tính theo trình tự tređn cho 1 chieău quay. Nguyeđn taĩc là các ngỏ ra thay đoơi tráng thái theo thứ tự 5 -> 4 -> 3 -> 2 -> 1 (hình 3.17) cho moơt chieău quay và ngược lái cho chieău ngược.
b. Sơ đoă đieău khieơn:
Hình 3.19: (a) (b) Hình 3.18.a và 3.18.b cho ta sơ đoă
nguyeđn lý mách đoơng lực đieău khieơn đoơng cơ bước cụa hai lối từ trở và nam chađm vĩnh cửu (hay hoơn hợp). Tín hieơu đieău khieơn (control signals) tác đoơng các ngaĩt đieơn đieơn tử (switches) – thường là transistor (BJT hay FET), đóng ngaĩt các cuoơn dađy đoơng cơ (motor windings) vào nguoăn câp đieơn moơt chieău (supply).
Hình 3.19 (a) và (b) cho ta hai sơ đoă logic đeơ đieău khieơn đoơng cơ bước rotor nam chađm vĩnh cửu lối 4 cuoơn dađy, đóng đieơn moêi laăn hai cuoơn dađy. Xung đieău khieơn bước (take step) đưa vào chađn xung nhịp C (CLK) cụa D
Tín hieơu đieău khieơn
Dòng qua cuoơn dađy ĐK1 ĐK1 ĐK2 ĐK2 R4 Q2 D1 Q1 R2 12V 24V R1 R3 R5
Hình 3.20: Mách lái cuoơn dađy 1 cực tính
flip flop. sơ đoă (b) cho phép đạo chieău quay từ tín hieơu chieău (direction) đieău khieơn coơng EX– OR cụa xung đieău khieơn bước.
Cuoơn dađy đoơng cơ bước có theơ được xem như moơt tại RL bình thường, nhưng đeơ có dáng dòng tôi ưu: nhanh chóng đát được bieđn đoơ lớn (đeơ cho ra momen quay lớn), sau đó giạm dòng veă giá trị bé (hán chê phát nóng cuoơn dađy) đụ giữ rotor đứng yeđn, sơ đoă hình 3.20 có theơ được dùng. Áp cung câp taíng leđn khá cao (24V) và dùng R3 hán dòng cho phép xác laơp dòng đieơn lớn qua cuoơn dađy nhanh chóng với Q1 và Q2 cùng đóng. Khi rotor đoơng cơ đên vị trí mới: Q1 taĩt, nguoăn câp đieơn cuoơn dađy chư còn 12 V qua D1, đạm bạo dòng đieơn duy trì cho đên khi có xung bước mới.
Các sơ đoă đoơng lực tređn chư táo ra xung moơt cực tính, thích hợp nhât với lối 4 cuoơn dađy (6 đaău ra), với moơt sô lối khác (3, 5 pha) hay cođng suât lớn ta caăn xung 2 cực tính. Lúc đó moêi cuoơn dađy sẽ được nôi với moơt caău 4 transistor (BBĐ 4 phaăn tư) hay các đaău dađy đoơng cơ được nôi với moơt caău nhieău pha (nghịch lưu nhieău pha) với sơ đoă phát xung tređn với moơt ít thay đoơi.