Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện LỜI MỞ ĐẦU Hiện động điện sử dụng hầu hết lĩnh vực sống Yêu cầu điều khiển động điện ngày phức tạp hơn, đòi hỏi xác cao với kỹ thuật khác Cùng với phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin, việc điều khiển nói chung điều khiển động điện nói riêng ngày số hoá Một động sử dụng rộng rãi có khả số hoá cao động bước Từ kiến thức học trình tìm hiểu tài liệu, chúng em xin trình bày động bước điểm hệ truyền động điện động bước, điều khiển động bước vấn đề liên quan Với kiến thức, tài liệu khả trình bày có hạn, hẳn làm nhiều thiếu sót Chúng em mong nhận đóng góp thầy cô bạn để hoàn thiện kiến thức Nhóm Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện MỤC LỤC I Tổng quan động bước II Cấu trúc hệ truyền động động bước III Các thông số hệ truyền động động bước IV Điều khiển động bước V Truyền thông giao tiếp VI Ứng dụng Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC KHÁI NIỆM Động bước loại động điện có nguyên lý ứng dụng khác biệt với đa số động điện thông thường Chúng thực chất động không đồng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay chuyển động rôto có khả cố định rôto vào vị trí cần thiết Về cấu tạo, động bước coi tổng hợp hai loại động cơ: Động chiều không tiếp xúc động đồng giảm tốc công suất nhỏ ĐẶC ĐIỂM Bước động (Giá trị góc vị trí ổn định kề ROTO) nhỏ độ xác điều khiển cao Bước động phụ thuộc vào loại động cơ,số cuộn dây phần ứng,số cực STATO, số ROTO phương pháp điều khiển Động bước không quay theo chế thông thường, chúng quay theo bước nên có độ xác cao mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ chuyển mạch điện tử đưa tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự tần số định Tổng số góc quay rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, chiều quay tốc độ quay rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi tần số chuyển đổi Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Ảnh hưởng tải • Momen lớn cực nam châm hợp với phương nằm ngang góc 450 Với động bước, tốc độ quay rotor không phụ thuộc vào tải (khi nằm vùng momen kéo được) Khi momen tải lớn gây tượng trượt, kiểm soát góc quay Quá trình phát xung liên tục điều khiển động bước làm động quay chiều quay dễ bị thay đổi Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện CÁC CHẾ ĐỘ CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC Các chế độ động bước bao gồm Full step, Half step Micro step Loại chế độ động bước phụ thuộc vào việc thiết kế trình điều khiển FULL STEP Động bước tiêu chuẩn có rotor 200 , 200 full step cho trục xoay động Chia 200 bước cho 360 º 's góc full step 1,8 º Thông thường, chế độ full step thực cách tiếp điện cho hai cuộn dây, trì dòng thay đổi Về đầu vào từ trình điều khiển tương đương bước Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện HALF STEP ( nửa bước ) Half step đơn giản có nghĩa động quay 400 bước vòng Trong chế độ này, cuộn dây tiếp điện sau hai cuộn dây tiếp điện thay phiên, làm cánh quạt xoay nửa khoảng cách, 0,9 º 's (Các tác dụng tương tự đạt cách điều khiển chế độ full step với 400 bước cho vòng xoay động cơ) Tuy nhiên, nửa bước giải pháp thực tế ứng dụng công nghiệp Mặc dù cung cấp mô-men xoắn hơn, chế độ nửa bước giảm số lượng "sự tăng vọt" vốn có vận hành chế độ full step MICRO STEP ( vi bước ) Công nghệ vi bước điều khiển dòng điện cuộn dây đến mức độ mà số vị trí cực chia nhỏ Bộ điều khiển vi bước AMS có khả luân phiên / 256 bước (mỗi bước) tương ứng với 51.200 bước vòng xoay (đối với động bước góc 1,8 º) Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Vi bước thường sử dụng ứng dụng đòi hỏi phải định vị xác chuyển hóa tốt nhiều tốc độ PHÂN LOẠI Phân loại theo cấu tạo Động bước nam châm vĩnh cửu: Loại có ROTO nam châm vĩnh cửu răng.Loại có góc bước thay đổi từ đến 45 o chế độ điều khiển bước đủ, momen hãm từ 0.5 đến 25 Ncm,tần số khởi động lớn 0.5 tần số làm việc lớn chế độ không tải Khz Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Động kiểu từ trở: Hay gọi động phản kháng Kiểu động có góc bước nằm giới hạn từ 1.8 đến 30o chế độ điều khiển bước đủ,momen hãm từ đến 50 Ncm,tần số khởi động lớn 1KHz, tần số làm việc lớn điều kiện không tải 20 KHz Động bước từ trở không sử dụng roto nam châm mà sử dụng bánh làm sắt Chính momen động từ trở bé so với momen động nam châm vĩnh cửu Động từ trở thường pha pha Stato có 12 cực pha quốn với bốn cực Rotor có bánh Hình vẽ biểu diễn hoạt động động từ trở Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Đấu nối : Thông thường có ba bốn cuộn dây đấu chung đầu Đầu chung nối với nguồn dương, đầu lại cho thông với đất để quay rotor Trên hình vẽ, rotor có stator có cực Mỗi cuộn dây quấn hai cực đối Vì vậy, giả sử, cấp điện cho cực (stator), rotor quay cực gần (X) để thẳng với cực Cắt điện cuộn số 1, tiếp tục cấp điện cho cuộn 2, rotor quay tiếp sau (Y) cho thẳng với cực Cứ điều khiển quay rotor Động bước kiểu hỗn hợp : Động cớ bước hỗn hợp hay gọi động bước cảm ứng,có góc bước thay đổi từ 0.36 đến 15º chế độ bước đủ, momen hãm từ đến 1000Ncm, tần số khởi động lớn 40Khz 10 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Với khoá A,B,C,D thiết lập 16 chế độ chế độ ngắn mạch nguồn Thông thường sử dụng A,D đóng chế độ thuận B,C đóng chế độ ngược CHẾ ĐỘ HÃM Nếu khoá khoá A để D cũ, dòng điện khép kín qua cuộn dây hình vẽ Do điện trở nhỏ cuộn dây, dòng trì thời gian giảm dần có tác dụng tạo nên phanh hãm động, kéo rotor dừng lại Một số mạch cầu H thực tế Khi hai tín hiệu X Y mức cao, đầu lại mức thấp, hai transitor chéo đóng dẫn dòng qua cuộn dây Khi hai mức thấp, hai 23 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện transitor phía hở, hai mức cao, hai transitor phía mở hai trường hợp 00, 11 đặt mạch vào chế độ phanh động Ngoài ta dùng mạch đơn giản sau dùng IC tích hợp mạch cầu H : 74LS125 74LS244 Mạch điện 74LS244 có hiệu động có điện trở tối đa 50 Ohm cuộn điện áp tối đa 4.5V dùng nguồn 5V Mỗi mạch đệm ba trạng thái LS244 dùng điện trở nội đệm đủ lớn, dòng chia ngõ điều khiển (mắc song song) XYE Chế độ Giảm nhanh dòng 000 Phanh động 010 Chạy thuận 100 Chạy nghịch 110 Phanh động CÁC LOẠI ĐIỀU KHIỂN CHÍNH CHO ĐỘNG CƠ BƯỚC a Điều khiển gia tốc động cơ: Động bước phải có moment xoắn lớn vận tốc nhỏ moment xoắn nhỏ vận tốc lớn Nếu động bắt đầu với vận tốc lớn động ko thể chạy Động bị giật rotor quay đến vị trí Do phải tăng tốc từ từ cho động đạt tốc độ cao Và tương tự để dừng động cơ, phải giảm tốc cho động 24 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện b Điều khiển tốc độ cho động bước: Ta điều khiển tốc độ động việc điều khiển thời gian delay xung c Điều khiển vị trí d Điều khiển phát tốc cho động bước: Một số mạch điều khiển mô vi tính: 25 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện H1: Thay đổi tốc độ đảo chiều động bước H2: Mạch phát tốc cho động bước 26 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Code cho IC: ( mạch phát tốc ) org jb p1.0,$ batdau: mov r1,#1 main: MOV R0,#0 MOV DPTR,#thuan1buoc begin: MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A ; Xu?t P2 d? di?u khi?n d?ng co CALL Delay INC R0 CJNE R0,#4,begin inc r1 cjne r1,#100,main ondinh: mov r2,#100 d0: mov r0,#0 d1: MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A ; Xu?t P2 d? di?u khi?n d?ng co CALL Delay INC R0 CJNE R0,#4,d1 djnz r2,d0 giamtoc: 27 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện mov r0,#0 d2: MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A ; Xu?t P2 d? di?u khi?n d?ng co CALL Delay INC R0 CJNE R0,#4,d2 dec r1 cjne r1,#0,giamtoc ; -batdau_2 mov r1,#1 main_2: MOV R0,#0 MOV DPTR,#nguoc begin_2: MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A ; Xu?t P2 d? di?u khi?n d?ng co CALL Delay INC R0 CJNE R0,#4,begin_2 inc r1 cjne r1,#100,main_2 ondinh_2: mov r2,#100 d0_2: mov r0,#0 d1_2: 28 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A ; Xu?t P2 d? di?u khi?n d?ng co CALL Delay INC R0 CJNE R0,#4,d1_2 djnz r2,d0_2 giamtoc: mov r0,#0 d2_2: MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A ; Xu?t P2 d? di?u khi?n d?ng co CALL Delay INC R0 CJNE R0,#4,d2_2 dec r1 cjne r1,#0,giamtoc_2 clr a mov p2,a jb p1.0,$ jmp batdau ; Delay: mov 30h,r1 MOV TMOD,#01h lap: MOV TH0,#HIGH(-1000) 29 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện MOV TL0,#LOW(-1000) SETB TR0 JNB TF0,$ CLR TF0 CLR TR0 djnz 30h,lap RET thuan1buoc: DB 08h,04h,02h,01h nguoc: DB 01h,02h,04h,08h END H3: Điều khiển vị trí nút bấm Code cho IC: (mạch điều khiển vị trí ) org 0000h start: clr a mov p2,a jb p1.0,$ 30 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện setb p2.0 call delay clr p2.0 jnb p1.0,$ jb p1.0,$ setb p2.1 call delay clr p2.1 jnb p1.0,$ jb p1.0,$ setb p2.2 call delay clr p2.2 jnb p1.0,$ jb p1.0,$ setb p2.3 call delay clr p2.3 jnb p1.0,$ jmp start ; delay: mov r0,#1 mov tmod,#01h lap: mov th0,#high(-50000) mov tl0,#low(-50000) setb tr0 jnb tf0,$ clr tr0 31 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện clr tf0 djnz r0,lap ret end Các IC chuyên dùng: Chíp SLA giá khoảng 7-8 USD không bán VN Chíp tải dòng 13A L297+L298 32 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Chíp L298 IC công xuất ,nối trực tiếp với động Chỉ có lưu ý chíp L298 chuyển mạch nhanh diode phải loại chuyển mạch nhanh (có reverse reccovery Time