Đang tải...

Máy công nghiệp Động cơ bước

Thảo luận trong 'Cơ khí chế tạo' bắt đầu bởi hochoi, 2/3/10.

Thành viên đang xem bài viết (Users: 0, Guests: 0)

  1. hochoi
    Offline

    Tài xế O-H
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    16/7/09
    Số km:
    2,544
    Được đổ xăng:
    111
    Mã lực:
    401
    Xăng dự trữ:
    646 lít xăng
    Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết.

    Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ: ĐỘng cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ.

    Hoạt động

    Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học. Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.

    Ứng dụng

    Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới dạng số.

    Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành Tự động hoá, chúng được ứng dụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác. Ví dụ: Điều khiển robot, điều khiển tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển định vị trong các hệ quan trắc, điểu khiển bắt, bám mục tiêu trong các khí tài quan sát, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia công cắt gọt, điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều trong máy bay...

    Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in...
     
  2. fat8
    Offline

    Tài xế O-H
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    24/9/09
    Số km:
    172
    Được đổ xăng:
    2
    Mã lực:
    31
    Xăng dự trữ:
    118 lít xăng
    Động cơ bước hiện nay cũng được ứng dụng nhiều nhưng có giới hạn là điều khiển động cơ quay từng bước, nếu các bạn cần điều khiển động cơ nhuyễn hơn thì dùng động cơ servo sẽ là động cơ cao cấp hơn động cơ bước rất nhiều
     
  3. fatech
    Offline

    Tài xế O-H
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    8/4/10
    Số km:
    64
    Được đổ xăng:
    0
    Mã lực:
    21
    Xăng dự trữ:
    263 lít xăng
    Động cơ bước sao mình ít thấy ứng dụng quá nhỉ?
     
  4. vinamech
    Offline

    Tài xế O-H
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    6/2/10
    Số km:
    819
    Được đổ xăng:
    52
    Mã lực:
    51
    Xăng dự trữ:
    399 lít xăng
    Động cơ bước có thể được mô tả như là một động cơ điện không dùng bộ
    chuyển mạch. Cụ thể, các mấu trong động cơ là stator, và rotor là nam châm
    vĩnh cửu hoặc trong trường hợp của động cơ biến từ trở, nó là những khối răng
    làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính. Tất cả các mạch đảo phải được điều khiển bên
    ngoài bởi bộ điều khiển, và đặc biệt, các động cơ và bộ điều khiển được thiết kế
    để động cơ có thể giữ nguyên bất kỳ vị trí cố định nào cũng như là quay đến bất
    kỳ vị trí nào. Hầu hết các động cơ bước có thể chuyển động ở tần số âm thanh,
    cho phép chúng quay khá nhanh, và với một bộ điều khiển thích hợp, chúng có
    thể khởi động và dừng lại dễ dàng ở các vị trí bất kỳ.
    Trong một vài ứng dụng, cần lựa chọn giữa động cơ servo và động cơ bước. Cả
    hai loại động cơ này đều như nhau vì có thể xác định được vị trí chính xác,
    nhưng chúng cũng khác nhau ở một số điểm. Servo motor đòi hỏi tín hiệu hồi
    tiếp analog. Đặc biệt, điều này đòi hỏi một bộ tắc‐cô để cung cấp tín hiệu hồi
    tiếp về vị trí của rotor, và một số mạch phức tạp để điều khiển sự sai lệch giữa vị
    trí mong muốn và vì trí tức thời vì lúc đó dòng qua động cơ sẽ dao động tắt dần.
    Để lựa chọn giữa động cơ bước và động cơ servo, phải xem xét một số vấn đề,
    và nó phụ thuộc vào các ứng dụng thực tế. Ví dụ, khả năng trở về một vị trí đã
    vượt qua phụ thuộc vào hình dạng rotor động cơ bước, trong khi đó, khả năng
    lặp lại vị trí của động cơ servo nói chung phụ thuộc vào độ ổn định của bộ tắc cô
    và các linh kiện analog khác trong mạch hồi tiếp.
    Động cơ bước có thể được dùng trong hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản;
    những hệ thống này đảm bảo cho hệ thống điều khiển gia tốc với tải trọng tĩnh,
    nhưng khi tải trọng thay đổi hoặc điều khiển ở gia tốc lớn, người ta vẫn dùng hệ
    điều khiển vòng kín với động cơ bước. Nếu một động cơ bước trong hệ điều
    khiển vòng mở quá tải, tất cả các giá trị về vị trí của động cơ đều bị mất và hệ
    thống phải nhận diện lại; servo motor thì không xảy ra vấn đề này.
    Động cơ bước trong tiếng Đức là SCHRITTMOTOREN, trong tiếng Pháp là
    MOTEURS PAS À PAS, và trong tiếng Tây Ban Nha là MOTOR PASO PASO.
    Từ step‐motor và stepper motor cũng được dùng khá phổ biến.
    Một số trang web khác về điều khiển động cơ
    http://www.ams2000.com/stepping101.html
    một tài liệu hướng dẫn tóm gọn rất hay
    http://motioncontrol.com/
    trang web thương mại về điều khiển chuyển động
    http://www.doc.ic.ac.uk/~ih/doc/stepper/
    http://www.euclidres.com/apps/steppe...r/stepper.html
    Một số nhà cung cấp động cơ
    http://www.ams2000.com/
    http://www.dmicrotek.com/ (động cơ rất bé)
    http://www.eadmotors.com/ (động cơ cỡ trung bình)
    http://www.gunda‐gmbh.de/ (German)
    http://www.hsi‐inc.com/
    http://www.linengineering.com/ (100 to 800 steps per revolution)
    http://www.micromo.com/ (động cơ siêu nhỏ)
    http://www.mitsumi.co.jp/cgi‐bin/agree.cgi?lang=1 (Japan)
    Các loại động cơ bước
    Động cơ bước được chia làm hai loại, nam châm vĩnh cửu và biến từ trở (cũng có
    loại động cơ hỗn hợp nữa, nhưng nó không khác biệt gì với động cơ nam châm
    vĩnh cửu). Nếu mất đi nhãn trên động cơ, các bạn vẫn có thể phân biệt hai loại
    động cơ này bằng cảm giác mà không cần cấp điện cho chúng. Động cơ nam
    châm vĩnh cửu dường như có các nấc khi bạn dùng tay xoay nhẹ rotor của
    chúng, trong khi động cơ biến từ trở thì dường như xoay tự do (mặc dù cảm
    thấy chúng cũng có những nấc nhẹ bởi sự giảm từ tính trong rotor). Bạn cũng có
    thể phân biệt hai loại động cơ này bằng ohm kế. Động cơ biến từ trở thường có 3
    mấu, với một dây về chung, trong khi đó, động cơ nam châm vĩnh cửu thường
    có hai mấu phân biệt, có hoặc không có nút trung tâm. Nút trung tâm được
    dùng trong động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực.
    Động cơ bước phong phú về góc quay. Các động cơ kém nhất quay 90 độ mỗi
    bước, trong khi đó các động cơ nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.8
    độ đến 0.72 độ mỗi bước. Với một bộ điều khiển, hầu hết các loại động cơ nam
    châm vĩnh cửu và hỗn hợp đều có thể chạy ở chế độ nửa bước, và một vài bộ
    điều khiển có thể điều khiển các phân bước nhỏ hơn hay còn gọi là vi bước.
    Đối với cả động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc động cơ biến từ trở, nếu chỉ một
    mấu của động cơ được kích, rotor (ở không tải) sẽ nhảy đến một góc cố định và
    sau đó giữ nguyên ở góc đó cho đến khi moment xoắn vượt qua giá trị moment
    xoắn giữ (hold torque) của động cơ.

    [​IMG]
    Hình 1.1
    Nếu motor của bạn có 3 cuộn dây, được nối như trong biểu đồ hình 1.1, với một
    đầu nối chung cho tất cả các cuộn, thì nó chắc hẳn là một động cơ biến từ trở.
    Khi sử dụng, dây nối chung (C) thường được nối vào cực dương của nguồn và
    các cuộn được kích theo thứ tự liên tục.
    Dấu thập trong hình 1.1 là rotor của động cơ biến từ trở quay 30 độ mỗi bước.
    Rotor trong động cơ này có 4 răng và stator có 6 cực, mỗi cuộn quấn quanh hai
    cực đối diện. Khi cuộn 1 được kích điện, răng X của rotor bị hút vào cực 1. Nếu
    dòng qua cuộn 1 bị ngắt và đóng dòng qua cuộn 2, rotor sẽ quay 30 độ theo
    chiều kim đồng hồ và răng Y sẽ hút vào cực 2.
    Để quay động cơ này một cách liên tục, chúng ta chỉ cần cấp điện liên tục luân
    phiên cho 3 cuộn. Theo logic đặt ra, trong bảng dưới đây 1 có nghĩa là có dòng
    điện đi qua các cuộn, và chuỗi điều khiển sau sẽ quay động cơ theo chiều kim
    đồng hồ 24 bước hoặc 2 vòng:
    Cuộn 1 1001001001001001001001001
    Cuộn 2 0100100100100100100100100
    Cuộn 3 0010010010010010010010010
    thời gian ‐‐>
    Phần Điều khiển mức trung bình cung cấp chi tiết về phương pháp tạo ra các
    dãy tín hiệu điều khiển như vậy, và phần Các mạch điều khiển bàn về việc
    đóng ngắt dòng điện qua các cuộn để điều khiển động cơ từ các chuỗi như thế.
    Hình dạng động cơ được mô tả trong hình 1.1, quay 30 độ mỗi bước, dùng số
    răng rotor và số cực stator tối thiểu. Sử dụng nhiều cực và nhiều răng hơn cho
    phép động cơ quay với góc nhỏ hơn. Tạo mặt răng trên bề mặt các cực và các
    răng trên rotor một cách phù hợp cho phép các bước nhỏ đến vài độ.

    [​IMG]
    Hình 1.2
    Động cơ bước đơn cực, cả nam châm vĩnh cửu và động cơ hỗn hợp, với 5, 6 hoặc
    8 dây ra thường được quấn như sơ đồ hình 1.2, với một đầu nối trung tâm trên
    các cuộn. Khi dùng, các đầu nối trung tâm thường được nối vào cực dương
    nguồn cấp, và hai đầu còn lại của mỗi mấu lần lượt nối đất để đảo chiều từ
    trường tạo bởi cuộn đó.
    Sự khác nhau giữa hai loại động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực và động cơ hỗn
    hợp đơn cực không thể nói rõ trong nội dung tóm tắt của tài liệu này. Từ đây,
    khi khảo sát động cơ đơn cực, chúng ta chỉ khảo sát động cơ nam châm vĩnh cửu,
    việc điều khiển động cơ hỗn hợp đơn cực hoàn toàn tương tự.
    Mấu 1 nằm ở cực trên và dưới của stator, còn mấu 2 nằm ở hai cực bên phải và
    bên trái động cơ. Rotor là một nam châm vĩnh cửu với 6 cực, 3 Nam và 3 Bắc,
    xếp xen kẽ trên vòng tròn.
    Để xử lý góc bước ở mức độ cao hơn, rotor phải có nhiều cực đối xứng hơn.
    Động cơ 30 độ mỗi bước trong hình là một trong những thiết kế động cơ nam
    châm vĩnh cửu thông dụng nhất, mặc dù động cơ có bước 15 độ và 7.5 độ là khá
    lớn. Người ta cũng đã tạo ra được động cơ nam châm vĩnh cửu với mỗi bước là
    1.8 độ và với động cơ hỗn hợp mỗi bước nhỏ nhất có thể đạt được là 3.6 độ đến
    1.8 độ, còn tốt hơn nữa, có thể đạt đến 0.72 độ.
    Như trong hình, dòng điện đi qua từ đầu trung tâm của mấu 1 đến đầu a tạo ra
    cực Bắc trong stator trong khi đó cực còn lại của stator là cực Nam. Nếu điện ở
    mấu 1 bị ngắt và kích mấu 2, rotor sẽ quay 30 độ, hay 1 bước. Để quay động cơ
    một cách liên tục, chúng ta chỉ cần áp điện vào hai mấu của đông cơ theo dãy.
    Mấu 1a 1000100010001000100010001 Mấu 1a 1100110011001100110011001
    Mấu 1b 0010001000100010001000100 Mấu 1b 0011001100110011001100110
    Mấu 2a 0100010001000100010001000 Mấu 2a 0110011001100110011001100
    Mấu 2b 0001000100010001000100010 Mấu 2b 1001100110011001100110011
    thời gian ‐‐> thời gian ‐‐>
    Nhớ rằng hai nửa của một mấu không bao giờ được kích cùng một lúc. Cả hai
    dãy nêu trên sẽ quay một động cơ nam châm vĩnh cửu một bước ở mỗi thời
    điểm. Dãy bên trái chỉ cấp điện cho một mấu tại một thời điểm, như mô tả trong
    hình trên; vì vậy, nó dùng ít năng lượng hơn. Dãy bên phải đòi hỏi cấp điện cho
    cả hai mấu một lúc và nói chung sẽ tạo ra một moment xoắy lớn hơn dãy bên
    trái 1.4 lần trong khi phải cấp điện gấp 2 lần.
    Phần Điều khiển mức trung bình trong tài liệu này sẽ cung cấp chi tiết về
    phương pháp tạo ra những dãy tín hiệu điều khiển như vậy, còn phần Các mạch
    điều khiển nói về mạch đóng ngắt các mạch điện cần thiết để điều khiển các
    mấu động cơ từ các dãy điều khiển trên.
    Vị trí bước được tạo ra bởi hai chuỗi trên không giống nhau; kết quả, kết hợp 2
    chuỗi trên cho phép điều khiển nửa bước, với việc dừng động cơ một cách lần
    lượt tại những vị trí đã nêu ở một trong hai dãy trên. Chuỗi kết hợp như sau:
    Mấu 1a 11000001110000011100000111
    Mấu 1b 00011100000111000001110000
    Mấu 2a 01110000011100000111000001
    Mấu 2b 00000111000001110000011100
    Thời gian ‐‐>
    [​IMG]

    Hình 1.3
    Động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc hỗn hợp hai cực có cấu trúc cơ khí giống y
    như động cơ đơn cực, nhưng hai mấu của động cơ được nối đơn giản hơn,
    không có đầu trung tâm. Vì vậy, bản thân động cơ thì đơn giản hơn, nhưng
    mạch điều khiển để đảo cực mỗi cặp cực trong động cơ thì phức tạp hơn. Minh
    hoạ ở hình 1.3 chỉ ra cách nối động cơ, trong khi đó phần rotor ở đây giống y
    như ở hình 1.2.
    Mạch điều khiển cho động cơ đòi hỏi một mạch điều khiển cầu H cho mỗi mấu;
    điều này sẽ được bàn chi tiết trong phần Các mạch điều khiển. Tóm lại, một cầu
    H cho phép cực của nguồn áp đến mỗi đầu của mấu được điều khiển một cách
    độc lập. Các dãy điều khiển cho mỗi bước đơn của loại động cơ này được nêu
    bên dưới, dùng + và ‐ để đại diện cho các cực của nguồn áp được áp vào mỗi
    đầu của động cơ:
    Đầu 1a + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐
    Đầu 1b ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + +
    Đầu 2a ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐
    Đầu 2b ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ +
    thời gian ‐‐>
    Chú ý rằng những dãy này giống như trong động cơ nam châm vĩnh cửu đơn
    cực, ở mức độ lý thuyết, và rằng ở mức độ mạch đóng ngắt cầu H, hệ thống điều
    khiển cho hai loại động cơ này là giống nhau.
    Chú ý khác là có rất nhiều chip điều khiển cầu H có một đầu vào điều khiển đầu
    ra và một đầu khác để điều khiển hướng. Có loại chip cầu H kể trên, dãy điều
    khiển dưới đây sẽ quay động cơ giống như dãy điều khiển nêu phía trên:
    Enable 1 1010101010101010 1111111111111111
    Hướng 1 1x0x1x0x1x0x1x0x 1100110011001100
    Enable 2 0101010101010101 1111111111111111
    Hướng 2 x1x0x1x0x1x0x1x0 0110011001100110
    thời gian ‐‐>
    Để phân biệt một động cơ nam châm vĩnh cửu hai cực với những động cơ 4 dây
    biến từ trở, đo điện trở giữa các cặp dây. Chú ý là một vài động cơ nam châm
    vĩnh cửu có 4 mấu độc lập, được xếp thành 2 bộ. Trong mỗi bộ, nếu hai mấu
    được nối tiếp với nhau, thì đó là động cơ hai cực điện thế cao. Nếu chúng được
    nối song song, thì đó là động cơ hai cực dùng điện thế thấp. Nếu chúng được nối
    tiếp với một đầu trung tâm, thì dùng như với động cơ đơn cực điên thế thấp.

    [​IMG]
    Hình 1.4
    Một bộ phận các động không được phổ biến như những loại trên đó là động cơ
    nam châm vĩnh cửu mà các cuộn được quấn nối tiếp thành một vòng kín như
    hình 1.4. Thiết kế phổ biến nhất đối với loại này sử dụng dây nối 3 pha và 5 pha.
    Bộ điều khiển cần ½ cầu H cho mỗi một đầu ra của động cơ, nhưng những động
    cơ này có thể cung cấp moment xoắn lớn hơn so với các loại động cơ bước khác
    cùng kích thước. Một vài động cơ 5 pha có thể xử lý cấp cao để có được bước
    0.72 độ (500 bước mỗi vòng).Với một động cơ 5 pha như trên sẽ quay mười bước
    mỗi vòng bước, như trình bày dưới đây:
    Đầu 1 + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + +
    Đầu 2 ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐
    Đầu 3 + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + +
    Đầu 4 + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐
    Đầu 5 ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐
    thời gian ‐‐>
    Ở đây, giống như trong trường hợp động cơ hai cực, mỗi đầu hoặc được nối vào
    cực dương hoặc cực âm của hệ thống cấp điện động cơ. Chú ý rằng, tại mỗi bước,
    chỉ có một đầu thay đổi cực. Sự thay đổi này làm ngắt điện ở một mấu nối vào
    đầu đó (bởi vì cả hai đầu của mấu có cùng điện cực) và áp điện vào một mấu
    đang trong trạng thái nghỉ trước đó. Hình dạng của động cơ được đề nghị như
    hình 1.4, dãy điều khiển sẽ điều khiển động cơ quay 2 vòng.
    Để phân biệt động cơ 5 pha với các loại động cơ có 5 dây dẫn chính, cần nhớ
    rằng, nếu điện trở giữa 2 đầu liên tiếp của một động cơ 5 pha là R, thì điện trở
    giữa hai đầu không liên tiếp sẽ là 1.5R.
    Và cũng cần ghi nhận rằng một vài động cơ 5 pha có 5 mấu chia, với 10 đầu dây
    dẫn chính. Những dây này có thể nối thành hình sao như hình minh hoạ trên, sử
    dụng mạch điều khiển gồm 5 nửa cầu H, nói cách khác mỗi mấu có thể được
    điều khiển bởi một vòng cầu H đầy đủ của nó. Để tránh việc tính toán lý thuyết
    với các linh kiện điện tử, có thể dùng chip mạch cầu tích hợp đầy đủ để tính
    toán gần đúng.
     

Chia sẻ trang này