Hình 2-4: Cấu tạo động c
Trong đĩ Zr là số răng của roto 1) hai pha điều khiển lưỡng cực
2) Stator dạng răng
3) Cuộn dây pha điều khiển lưỡng cực
4) Hai vành ngồi của rotor. Nam châm vĩnh cửu
− Gĩc bước của động cơ là tỷ số giữa bước răng βr và số pha m của dộng cơ khi cuộn dây được điều khiển lưỡng cực:
βr α =s
m
− Động cơ hỗn hợp cĩ tần số bước và độ phân giải cao , cĩ mơmen quay và mơmen hãm lớn.
− Trong chế tạo động cơ bước ngồi ba loại chính kể trên , để cĩ gĩc bước thay đổi rất nhỏ người ta cịn chế tạo động cơ bước từ trở thay đổi cĩ nhiều tầng , kết cấu của loại này như hinh 2-8.
Hình 2-8: động cơ bước nhiều tầng
− Loại động cơ này thường được chế tạo 2,3,4 tầng . Trong mỗi tầng số răng của stator và rotor giống nhau . vị trí răng của các tầng được đặt giống nhau và được cố định trên trục rotor, nhưng vị trí răng của stator đặt lệch nhau giữa các tầng.
− Gĩc lệch giữa 2 tầng kề nhau được xác định bằng biểu thức sau:
0
βr 360
φ = =
m Zrm
Nếu rortor mà cĩ Zx =12 răng thì gĩc lệch nhau giữa hai tầng kề nhau là 100.
− Khi cĩ một xung điện điều khiển đặt vào tầng 1 thì răng của rotor và stator đối đỉnh nhau ( vì từ thơng chỉ khép kín tại một vị trí cĩ từ trở nhỏ nhất) . Lúc này răng của rotor và stator của tầng 2 lệch nhau một gĩc là 100. Cịn răng của rotor và stator ở tầng 3 lệch nhau một gĩc 200. Cắt xung dịng điện điều khiển vào tầng 1 và các xung dịng điện điều khiển vào tầng 2 thì roto của tầng 2 quay một gĩc 100 để chỉnh răng của rotor trùng với đỉnh răng của stator ở tầng 2. Lúc này răng của rotor và stator của tầng 3 lệch nhau một gĩc là 100 so với tầng 2 . quá trình điều khiển tiếp tục cho tới khi trở lại tầng 1. Cuối cùng ta cĩ quá trình điều khiển theo trình tự 1-2-3-1.
2.2.2 Đặc điểm chung của động cơ bước
Động cơ bước thực chất là động cơ đồng bộ hoạt động dưới tác dụng của các xung rời rạc và kế tiếp nhau. Khi một xung dịng điện hoặc điện áp đặt vào cuộn dây phần ứng của động cơ bước , thì rotor ( phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một gĩc
nhất định và được gọi là bước của động cơ, khi các xung dịng điện đặt vào cuộn dây phần ứng liên tục thì rotor sẽ quay liên tục.
Vị trí của trục động cơ bước được xác định bằng số lượng xung và vận tốc của động cơ tỷ lệ với tần số xung, và được xác định bằng số bước/giây (second). Tính năng làm việc của động cơ bước được đặc trưng bởi bước được thực hiện, đặt tính gĩc ( quan hệ của mơmen điện từ theo gốc giữa trục của rotor và trục của từ
trường tổng), tần số xung giới hạn sao cho các quá trình quá độ khi hồn thành một bước cĩ thể tắt đi trước khi bắt đầu bước tiếp theo. Tính năng mở máy của động cơ được đặc trưng bởi tần số xung cực đại. Cĩ thể mở máy mà khơng làm cho rotor mất đồng bộ ( bỏ bước). Tùy theo kết cấu của từng loại động cơ mà tần số động cơ cĩ thể tiếp nhận được từ 10Khz đến 10.000Khz
− Bước của động cơ (giá trị của gĩc giữa hai vị trí ổn định kề nhau của rotor) càng nhỏ thì độ chính xác trong điều khiển càng cao. Bước của động cơ phụ thuộc vào số cuộn dây phần ứng, số cực của stator và phương pháp điều khiển đủ bước hoặc điều khiển nửa bước. Tùy theo yêu cầu về độ chính xác và kết cấu của động cơ mà bước của động cơ thay đổi trong giớ hạn từ 1800 - 0,180 . Trong đĩ, động cơ bước nam châm vĩnh cửu dạng cực nĩng và cĩ từ trở thay đổi từ 60 – 450, động cơ bước cĩ từ trở thay đổi cĩ gĩc bước nằm trong giới hạn từ 1,80 – 300, và động cơ bước hỗn hợp cĩ gĩc bước thay đổi trong khoảng 0,360 – 150. Các giá trị gĩc của các động cơ kể trên được tính trong chế dộ điều khiển đủ bước.
− Chiều quay của động cơ bước khơng phụ thuộc vào chiều dịng điện chạy trong các cuộn dây phần ứng, mà phụ thuộc vào thứ tự cuộn dây phần ứng được cấp xung điều khiển. Nhiệm vụ này do bộ chuyển phát thực hiện.
− Số cuộn dây phần ứng (hay cịn gọi là cuộn dây pha) của động cơ bước được chế tạo từ 2 – 5 cuộn dây pha (hay cịn gọi là bối dây) và
phải cĩ hai cuộn dây thì chỉ dùng cho điều khiển lưỡng cực (cuộn dây cĩ cực tính thay đổi), với 4 cuộn dây cĩ thể dùng cho cả 2 chế độ điều khiển lưỡng cực và điều khiển đơn cực.
2.2.3 Phương pháp điều khiển bước đủ và nửa bước
2.2.3.1 Phương pháp điều khiển bước đủ
Thể hiện trình tự điều khiển bước đủ của động cơ nam châm vĩnh cửu được từ
hĩa với các cực từ xen kẽ. Nguyên lý làm việc của động cơ bước là dựa trên sự tác động tương hỗ giữa từ trường của stator và rotor, hình thành mơmen điện từ làm quay rotor đi một gĩc nhất định. Khi cho xung dịng điện tác động vào cuộn dây pha AA’ thì rotor sẽ quay đến vị trí mà trục từ trường của rotor (cũng chính là trục dọc của rotor) trùng với trục từ trường của pha A.
Nếu cắt xung dịng điện vào pha A và cho xung dịng điện tác dụng vào cuộn dây pha BB’ thì vector từ hĩa của dịng điện sẽ quay đi một gĩc là 180. Do đĩ, rotor cũng quay đi một gĩc là 180 để cho trục của từ trường của rotor trùng với trục từ trường tổng.
Sau đĩ cắt xung tác động vào pha B và lại cho xung dịng điện vào pha A nhưng đổi dấu thì rotor lại quay tiếp một gĩc 180. Nếu tính từ điểm đầu thì rotor quay được một gĩc 360.
Quá trình chuyển phát xung dịng điện tác dụng vào một trong hai pha cho tới khi rotor quay một vịng, động cơ sẽ thực hiện được 20 bước (hay cịn gọi là 20 nhịp).
Quá trình chuyển mạch các cuộn dây điều khiển theo trình tự (A+,B+, A-, B-) và quá trình chuyển mạch theo trinh tự (A+,B+), (A+,B-), (A-,B+), (A-,B-). Trong hai trường hợp này thì trong một chu trình chuyển mạch cĩ 20 nhịp (bước), và mỗi nhịp cĩ số cuộn dây điều khiển được cung cấp xung dịng điện cho nhau.
Dạng điều khiển này được gọi là điều khiển bước đủ hay cịn gọi là điều khiển đối xứng.
2.2.3.2 Phương pháp điều khiển nửa bước