Điều khiên động cơ bước 5 pha

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 nố

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM

KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ

Báo Cáo Điều khiên động cơ bước 5 pha

HỌ VÀ TÊN:

GVHD:Th.s LÊ VĂN BẠN

1 Nội dung đề tài

Nôi dung đề tài là ”điều khiển động cơ bước 5 pha”

2 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu về Động cơ bước 5 pha và nguyên lư hoạt động của động cơ bước 5pha, đồng thời tìm hiểu về 1 số động cơ bước khác va ứng dụng của vi xử lư trongđiều khiển động cơ bước

3 Phương pháp nghiên cứu

I Nghiên cứu tài liệu, vi xử lý

II Xây dựng mạch thực nghiệm

Phụ lục

1 Phần lý thuyết 4

1.1 Giới thiệu động cơ bước 4

1.1.1 Với nhiệm vụ và chức năng nói trên, động cơ bước i hđ̣i h ỏi những yêu cầu riêng về kĩ thuật, ngoài những yêu cầu chung: 4

1.1.2 Chỉ thị hay động lực 5

1.2 Các loại động cơ bước 5

1.2.1 Động cơ biến từ trở 5

1.2.2 Động cơ đơn cực 7

1.2.3 Động cơ bước lưởng cực 9

1.3 Giới thiệu động cơ bước 5 pha 11

1.3.1 Cấu tạo 12

1.3.2 Sơ đồ kích xung 12

2 Phần thực nghiệm 14

2.1 Mạch điều khiển 14

2.2 Mạch công suất 15

2.3 1 số linh kiện trong mạch 15

2.3.1 OPTO PC817 15

2.3.2 Mosfet 16

2.3.3 PIC16f887 16

2.3.4 Phần mềm biên dịch 17

2.4 sơ đồ điều khiền 18

2.5 Lưu đồ giải thuật 20

2.6 Chương trình điều khiền 21

1 Phần lý thuyết

1.1 Giới thiệu động cơ bước

Động cơ bước là loại động cơ điện được dùng để biến đổi các lệnh cho dưới dạngxung điện thành sự dịch chuyển dứt khoát về góc quay hay đường thẳng như làbước từng bước mà không cần cảm biến phản hồi

Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấphành đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dướidạng số, hoặc như một phần tử phụ biến đổi cỏc mó xung thành tín hiệu điều chếcho một hệ thống nào đó

Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành tự động hoá, chúng được ứngdụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác Ví dụ: Điều khiển robot, điềukhiển 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 tŕnh trongcác thiết bị gia công cắt gọt, điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều trong máybay

Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ổ đĩa cứng, ổđĩa mềm, máy in…

1.1.1 Với nhiệm vụ và chức năng nói trên, động cơ bước đ ̣i hỏi những yêu cầu

riêng về kĩ thuật, ngoài những yêu cầu chung:

 Có bước chuyển dịch bé

 Moment đồng bộ hóa đủ lớn đảm bảo được sai số góc nhỏ nhất khi thực hiệnbước di chuyển.

 Không tích lũy sai số khi tăng bước

 Tác động nhanh

 Làm việc đảm bảo khi có cuộn dây điều khiển ít nhất

 Động cơ và cả bộ điều khiển đổi chiều có cấu tạo đơn giản

1.1.2 Chỉ thị hay động lực.

 Thuận nghịch hay không thuận nghịch

 Có một stato hay nhiều stato

 Có một hay nhiều cuộn dây điều khiển (quấn tập trung hay quấn rải)

 Roto phản kháng (không có dây quấn)và roto tác dụng (có dây quấn kích thích hoặc nam châm vĩnh cửu)

 Roto h́nh đĩa hay roto mạch in

 Bước dịch chuyển xoay hay dịch chuyển thẳng trực tiếp

1.2 Các loại động cơ bước

Tùy theo cấu tạo động cơ bước có những loại như:

1.2.1 Động cơ biến từ trở

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:

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

1.2.2 Động cơ đơn cực

Động cơ bước đơn cực, cả nam châm vĩnh cửu và động cơ hỗn hợp, với 5, 6 hoặc

8 dây ra , 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

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

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:

nam châm vĩnh cửu mà các cuộn được quấn nối tiếp thành một vòng kín

Thiết kế phổ biến nhất đối với loại này sử dụng dây nối 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)

1.3.2 Sơ đồ kích xung

Với một động cơ 5 pha như trên sẽ quay mười bước

mỗi vòng bước, như trình bày dưới đây:

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 cách phân biệt cơ 5 pha với các loại động cơ có 5 dây dẫn chính

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

2 Phần thực nghiệm

Thiết kế mạch điều khiển động cơ

2.1 Mạch điều khiển

2.2 Mạch công suất

2.3 1 số linh kiện trong mạch

2.3.1 OPTO PC817

Khái niệm: Opto hay còn gọi là cách ly quang là linh kiện tích hợp có cấu tạo

gồm 1 led và 1 photo hay công suất nhu khối có công suất nhỏ với khối điện áp lớn

Nguyên lý hoạt động: Khi có dòng nhỏ di qua 2 đầu của led có trong opto làm cho

led phát sáng Khi led phát sáng làm thông 2 cực của photo diot, mở cho dòng điệnchạy qua

Tác dụng: Cách ly điều khiển giữa hai tầng mạch điện khác nhau

Với sơ đồ ứng dụng trên.vơi OK1 khi cung cấp 5V vao chân số 1, LED phía trong Opto nối giữa chân số 1 và 2 sáng, xảy ra hiệu ứng quang điện dẫn đến 3-4

thông,mức logic sẽ bị chuyển từ 1 sang 0 mà không cần tác động trực tiếp từ IC

Mục đích: Nếu có sự cố từ tầng ứng dụng như cháy, chập, tăng áp, thì cũng

không làm ảnh hưởng đến tầng điều khiển

2.3.2 Mosfet

IRF 540 IRF9530

Nguyên lý hoạt động cơ bản

Nguyên lý hoạt động cơ bản của tranzito trường là dòng điện đi qua một môi

trường bán dẫn có tiết diện dẫn điện thay đổi dưới tác dụng của điện trường vuông góc với lớp bán dẫn đó Khi thay đổi cường độ điện trường sẽ làm thay đổi điện trởcủa lớp bán dẫn và do đó làm thay đổi dòng điện đi qua nó Lớp bán dẫn này được gọi là kênh dẫn điện

Cấu tạo chung

Tranzito trường có ba chân cực là cực Nguồn ký hiệu là chữ S (source); cực Cửa

ký hiệu là hữ G (gate); cực Máng ký hiệu là chữ D (drain) Cực nguồn (S): cực nguồn mà qua đó các hạt dẫn đa số đi vào kênh và tạo ra dòng điện nguồn IS Cực

máng (D): là cực mà ở đó các hạt dẫn đa số rời khỏi kênh Cực cửa (G): là cực điềukhiển dòng điện chạy qua kênh.

2.3.3 PIC16f887

Sơ đồ chân

Họ vi điều khiển PIC và dsPIC do hãng mikrochip chế tạo và sản xuất với công nghệ hiện đại, phù hợp cho các ứng dụng đơn giản cho đến phức tạp Đặc biệt ngoài

ngôn ngữ lập trình assembler như các MCU khác, người dùng có thể lập trình PIC

trên ngôn ngữ C quen thuộc thông qua các phần mềm hỗ trợ ( PIC18C ; CCS C

+ Debug và mô phỏng kết hợp chươn trình nạp.

+ Quản lý project dễ dàng

2.4 sơ đồ điều khiền

Khối điều khiền Khối công

suất

Động cơ

2.5 Lưu đồ giải thuật

“goc” đã nhập)

Động cơ quay nghịch (với giá trị

“goc” đã nhập)

2.6 Chương trình điều khiền

long goc,c,b;

unsigned char T[5]={0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F};

unsigned char N[5]={0x7F,0xBF,0xDF,0xEF,0xF7};

void delay_s(int e);

void delay_2(int e);

void GT();

void quay3(long e);

void quay1(long e);

void quay2(long e);

unsigned char j;

for(j=1;j<=e;j++)

{

printf("\fCHE DO LIEN TUC");

/////////////////////////////////////////////////////QUAY THUAN

hienthi(goc);

RB0=0;RB1=1;RB2=1;RB3=1;

if(RB4==0) {b=1;delay_s(2);goc=goc*10+b;c=goc*1250/360;printf("\f%d do",goc);}

if(RB5==0) {b=4;delay_s(2);goc=goc*10+b;c=goc*1250/360;printf("\f%d do",goc);}

if(RB6==0) {b=7;delay_s(2);goc=goc*10+b;c=goc*1250/360;printf("\f%d do",goc);}

if(RB7==0) {goc=0;delay_s(2);quay1(c);}

RB1=0;RB3=1;RB2=1;RB0=1;

if(RB4==0) {b=2;delay_s(2);goc=goc*10+b;c=goc*1250/360;printf("\f%d do",goc);}

if(RB5==0) {b=5;delay_s(2);goc=goc*10+b;c=goc*1250/360;printf("\f%d do",goc);}

if(RB6==0) {b=8;delay_s(2);goc=goc*10+b;c=goc*1250/360;printf("\f%d do",goc);}

if(RB7==0) {b=0;delay_s(2);goc=goc*10+b;c=goc*1250/360;printf("\f%d do",goc);}

RB2=0;RB3=1;RB1=1;RB0=1;

if(RB4==0) {b=3;delay_s(2);goc=goc*10+b;c=goc*1250/360;printf("\f%d do",goc);}

if(RB5==0) {b=6;delay_s(2);goc=goc*10+b;c=goc*1250/360;printf("\f%d do",goc);}

if(RB6==0) {b=9;delay_s(2);goc=goc*10+b;c=goc*1250/360;printf("\f%d do",goc);}

WPUB7=WPUB4=WPUB5=WPUB6=1;//TREO TRO 4 CHAN 5,6,7,8RBPU=0;