Bài 3: Giao tiếp vi xử lý với các bộ điều khiển
2.1 Cấu tạo động cơ bước
Động cơ bước được phân thành ba loại chủ yếu sau : 2.1.1.Động cơ nam châm vĩnh cửu
Hình 3.3 Cấu tạo động cơ bước vĩnh cửu
Hay còn gọi là động cơ bước kiểu tác dụng và thường được chế tạo có cực móng. Động cơ này có góc bước thay đổi từ 60 450 trong chế độ điều khiển bước đủ, mômen hãm từ 0,5 25 Ncm, tần số khởi động lớn nhất là 0,5 và tần số làm việc lớn nhất ở chế độ không tải là 5 Khz.
1 và 2) Hai nửa Stator có dạng cực móng được từ hóa với cực N và S xen kẽ nhau;
3) Hai cuộn Stator (một cuộn điều khiển đơn cực và một cuộn điều khiển lưỡng cực) được đặt ở bên trong hai nửa stator;
4) Rotor nam châm vĩnh cửu có các cực từ xen kẽ.
2.1.2. Động cơ bước có từ trở thay đổi
Hay còn gọi là động cơ phản kháng. Kiểu động cơ này có góc nằm trong giới hạn từ 1,80 300 trong chế độ điều khiển bước đủ, mômen hãm từ 1 50 Ncm,
tần số khởi động lớn nhất là 1 Khz, tần số làm việc lớn nhất trong điều kiện không tải là 20 Khz. Stator được chế tạo thành dạng răng với bước cực s. Cuộn dây pha (2) được quấn trên 2 hoặc 4 răng đối xứng nhau, Rotor của động cơ
cũng được chế tạo thành dạng răng có bước cực r.
Hình 3.4 Cấu tạo động cơ bước có từ trở thay đổi
1) Stator được chế tạo thành dạng răng; 2) Cuộn dây pha; 3) Rotor có từ trữ
thay đổi được chế tạo thành dạng răng.
2.1.3. Động cơ bước hổn hợp :
Hay còn gọi là động cơ bước cảm ứng, có góc bước thay đổi trong khoảng 0,36 - 150 trong chế độ bước đủ, mômen hãm từ 3 - 1000 Ncm, tần số khởi động lớn nhất là 40 khz. Trong các loại động cơ bước kể trên thì động cơ bước hỗn hợp được sử dụng nhiều hơn cả. Vì loại động cơ này kết hợp các ưu điểm của hai loại động cơ trên: động cơ nam châm vĩnh cửu với dạng cực móng và động cơ có từ trở thay đổi.
Cấu tạo của động cơ bước thay đổi hỗn hợp là sự kết hợp giữa động cơ
bước nam châm vĩnh cữu và động cơ bước có từ trở thay đổi. Phần Stator được cấu tạo hoàn toàn giống Stator của động cơ bước có từ trở thay đổi. Trên các cực của Stator được đặt các cuộn dây pha, mỗi cuộn dây pha được quấn thành 4 cuộn dây hoặc được quấn thành 2 cuộn dây đặt xen kẽ nhau để hình thành lên các cực N và S đồng thời đối diện với mỗi cực của bối dây là răng của Rotor và cũng
được đặt xen kẽ giữa hai vành răng số 3 của Rotor.
- Động cơ hổn hợp cũng được chế tạo với 2, 4 và 5 pha, động cơ 2 và 4 pha thường cho góc bước từ s = 0,90 - 150, động cơ 5 pha thường có có góc bước từ s = 0,180 - 0,270 .
- Bước răng của Rotor được xác định bằng biểu thức sau:
Zr r 2Zr 3600
Hình 3.5. Quá trình điều khiển bước đủ
1) Hai pha điều khiển lưỡng 2) cực Stator dạng răng.
3) Cuén d©y pha ®iÒu khiÓn lưỡng cực.
4) Hai vành răng ngoài của Rotor. Nam châm vĩnh cửu được
Trong đó: Zr là số răng của Rotor
Góc bước của động cơ là tỷ số giữa bước răng r và số pha m của động cơ
khi cuộn dây được điều khiển lưỡng cực :
mr
s
Hình 3.6. Động cơ nhiều tầng
- Động cơ hỗn hợp có tần số bước và độ phân giải cao, có mômen quay và mômen hãm lớn.
- Trong chế tạo động cơ bước ngoài ba loại chính kể trên, để có góc bước thay rất nhỏ người ta còn chế tạo động cơ bước từ trở thay đổi có nhiều tầng, kết cấu của loại này được trình bày ở hình .
Loại động cơ này thường được chế tạo 2, 3, 4 tầng trình bầy kết cấu của
động cơ bước từ trở thay đổi có ba tầng. Trong mỗi tầng số răng của Stator và Rotor giống nhau. Vị trí răng của 3 Stator được đặt giống nhau và được cố định trên trục Rotor, nhưng vị trí răng của 3 Stator được đặt lệch nhau 1/3 bước răng.
- Góc lệch giữa hai tầng kề nhau được xác định bằng biểu thức sau:
Zrm mr 3600
Nếu Rotor có Zr = 12 răng thì góc lệch nhau giữa hai tầng kề nhau là 100 - Khi có một xung dòng điện điều khiển đặt vào tầng 1 thì răng của Rotor và Stator đối đỉnh nhau (vì từ thông chỉ khép kín tại vị trí có từ trở nhỏ nhất). Lúc này răng của Rotor và Stator ở tầng 2 lệch nhau 1 góc là 100, còn răng của Rotor
và Stator ở tầng 3 lệch nhau là 200. Cắt xung dòng điện điều khiển vào tầng 1 và các xung dòng điện điều khiển vào tầng thì Rotor của tầng 2 quay một góc 100
để đỉnh 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 góc là 100 so với tầng 2. Quá trình điều khiển tiếp tục cho tới khi trở lại tầng 1. Cuối cùng ta có quá trình điều khiển theo tr×nh tù 1-2-3-1