Hình 2-1: Cấu tạo động cơ bước vĩnh cửu 1 và 2 Hai nửa Stator có dạng cực móng được từ hóa với cực N và S xen kẻ nhau; 3 Hai cuộn stato một cuộn điều khiển đơn cực và một cuộn điều khi
Trang 1Chương 7:
TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG CƠ BƯỚC
I _ CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ BƯỚC
Động cơ bước được phân thành ba loại chủ yếu sau :
1 Động cơ nam châm 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
Hình 2-1: Cấu tạo động cơ bước vĩnh cửu
1 và 2) Hai nửa Stator có dạng cực móng được từ hóa với cực N và S xen kẻ nhau; 3) Hai cuộn stato (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 kẻ
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, và tần số làm việc lớn nhất trong điều kiện không tải là 20 Khz Stato được chế tạo thành dạng răng với bước cực s Cuộn dây pha (2) được
Trang 2quấn trên 2 hoặc 4 răng đối xứng nhau, roto của động cơ cũng được chế tạo thành dạng răng có bước cực r
Hình 2-2 :Cấu tạo động cơ bước có từ trở thay đổi
1) Stato được chế tạo thành dạng răng; 2) Cuộn dây pha; 3) Roto có từ trữ thay đổi được chế tạo thành dạng răng
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
hổn hợp được sử dụng nhiều
hơn cả Vì loại động cơ này
kết hợp các ưu điểm của hai
loại động cơ trên đó là: 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 hổn hợp là sự kết hợp giữa động cơ bước nam châm vĩnh cữu và động cơ bước có từ trở thay đổi Phần Stato được cấu tạo hoàn toàn giống Stator của động cơ bước có từ trở thay đổi Trên các cực của Stato được đặt các cuộn dây pha, mỗi cuộn dây pha được quấn thành 4 cuộn dây
c/vòng
Trang 3(h.2-3) hoặc được quấn thành 2 cuộn dây (h.2-4) đặt xen kẻ nhau để hình thành lên các cực N và S đồng thời đối diện với mỗi cực của bối dây là răng của Roto và cũng được đặt xen kẽ giữa hai vành răng số 3 của Roto
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 cò động cơ
5 pha thường có có góc bước từ s = 0,180- 0,270
Bước răng của Roto được xác định bằng biểu thức sau:
Zr Zr
r
0 360
2
Trong đó: Zr là số răng của Roto
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 :
m
r
s
Động cơ hổn 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
Quá trình điều khiển bước đủ
1) Hai pha điều khiển lưỡng cực 2) Stator dạng răng.
3) Cuộn dây pha điều khiển lưỡng cực.
4) Hai vành răng ngoài của rotor Nam châm vĩnh cửu được
Trang 4tầng Trong mỗi tầng số răng
của Stato và Roto giống nhau
Vị trí răng của 3 Stato được
đặt giống nhau và được cố
định trên trục Roto, nhưng vị
trí răng của 3 Stato được đặt
lệch nhau 1/3 bước răng
Góc lệch giữa hai tầng kề nhau được xác định bằng biểu thức sau:
Zrm m
r 360 0
Nếu Roto 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 Roto và Stato đối đỉnh nhau (vì từ thông chỉ khép kín tại vị
trí có từ trở nhỏ nhất) Lúc này răng của Roto và Stato ở tầng 2
lệch nhau 1 góc là 100, còn răng của Roto và Stato 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 Roto của tầng 2
quay một góc 100 để đỉnh răng của Roto trùng với đỉnh răng
của stato ở tầng 2, lúc này răng của Roto và Stato 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 trình tự 1-2-3-1
Trang
Trang 5II _ 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 dòng điện hoặc điện áp đặt vào cuộn dây phần ứng của động cơ bước, thì roto (phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một góc nhất định, và được gọi là bước của động cơ, khi các xung dòng điện đặt vào cuộn dây phần ứng liên tục thì roto sẽ quay liên tục
Vị trí của trục động cơ bước được xác 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 đặt trưng bởi bước được thực hiện, đặt tính góc (quan hệ của mômen điện từ theo gốc giữa trục của Roto và trục của từ trường tổng), tần số xung giới hạn sao cho các quá trình quá độ, khi hoàn thành một bước có thể tắt đi trước khi bắt đầu bước tiếp theo Tính năng mở máy của động cơ, được đặt trưng bởi tần số xung cực đại có thể mở máy mà không làm cho Roto mất đồng bộ (bỏ bước) Tuỳ theo kết cấu của từng loại động cơ, mà tần số động cơ có thể tiếp nhận được từ 10 đến 10.000 Khz
Bước của động cơ (giá trị của góc giữa hai vị trí ổn định kề nhau của Roto) 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 Stato, số răng của Roto và phương pháp điều khiển bước đủ hoặc điều khiển nữa bước Tùy theo yêu cầu về độ chính xác và kết cấu của động cơ, mà bước của động
cơ thay đổi trong giới hạn từ 1800 - 0,180 Trong đó: động cơ bước nam châm vĩnh cửu dạng cực móng và có từ trở thay đổi từ 60 - 450, động cơ bước có từ trở thay đổi có góc bước nằm trong giới hạn từ: 1,80- 300, và động cơ bước hỗn hợp có góc bước thay đổi trong khoảng 0,360 - 150 Các giá trị góc của
Trang 6các loại động cơ kể trên được tính trong chế độ điều khiển bước đủ
Chiều quay của động cơ bước không phụ thuộc vào chiều dòng 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 cò gọi là cuộn dây pha) của động
cơ bước được chế tạo từ 2 - 5 cuộn dây pha (hay còn gọi là bối dây) và được đặt đối diện nhau trong các rãnh ở Stato Đối với cuộn dây phải có hai cuộn dây thì chỉ dùng cho điều khiển lưỡng cực (cuộn dây có cực tính thay đổi), với 4 cuộn dây có thể dùng cho cả hai chế độ điều khiển lưỡng cực và điều khiển đơn cực
