Bao Cao Thuc Tap Tot Nghie Cnc 9881

8/6/2019 Bao Cao Thuc Tap Tot Nghie Cnc 9881

http://slidepdf.com/reader/full/bao-cao-thuc-tap-tot-nghie-cnc-9881 1/33

BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP

- 1 -

PHẦN I

TỔNG QUAN CNC1.1) KHÁI NIỆN MÁY CNCCNC là viết tắt của Computer Numerical Control: điều khiển số bằng

máy tínhMáy công cụ CNC là loại máy gia công sử dụng các chương trìnhđã

đượ c lập trình sẳn để gia công các chi tiết.Các chương trình gia công đượ c đọc cùng một lúc và đượ c lưu tr ữ vào

bộ nhớ. Khi gia công, Máy tính đưa ra các lệnh điều khiển máy, Máy côngcụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội

suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nà.Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ. Tất cả

các chức năng trên đều đượ c thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính.1.2)ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC CỦA MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN CNC.Đặc điểm của các động cơ truyền động

Truyền động chính:Động cơ chính thường dùng động cơ dòng một chiều hoặc dòng điện

xoay chiều.Truyền động chạy dao:

Động cơ dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều vớ i bộ vitme/đaiốc/ bi cho từng tr ục, chạy dao độc lập X, Y, Z.Thường sử dụng động cơ dòng một chiều có đặc tính động học tốt cho các

quá trình gia tốc và quá trình phanh hãm, mômen quán tính nhỏ, độ chínhxác điều chỉnh cao cho những đoạn đường chuyển chính xác.

Bộ víme/đai ốc/ bi có khả năng biến đổi truyền dẫn dễ dàng, ít ma sát vàkhông có khe hở khi truyền vớ i tốc độ cao. Để có thể dịch chuyển chínhxác trên các biên dạng, các tr ục truyền dẫn không đượ c phép có khe hở vàcũng không đượ c phép có hiệu ứng stick-slip(hiện tượng tr ượ t lùi do lực cảnma sát). Bộ vítme/ đai ốc/ bi là giải pháp kỹ thuật đảm bảo đượ c yêu cầu đó.

Phương thức tác dụng của vítme/ đai ốc/ bi:Các viên bi nằm trong rãnh vítme và đai ốc đảm bảo truyền lực ít ma sát

từ tr ục vítme qua đai ốc vào bàn máy. nhờ hai nửa đai ốc lắp theo chiều dàigiữa chúng có vòng cách, có thể điều chỉnh khử khe hở theo hai chiều đốingượ c.

Trong một số giải pháp kết cấu nâng cao của bộ truyền này, bướ c nângcủa rãnh vít trên tr ục và trên đai ốc có giá tr ị khác nhau.



- 2 -


Việc dẫn bi hồi rãnh đượ c thực hiện nhờ các r ãnh dẫn hướng bố trí bêntrong hoặc các ống dẫn hồi bi bao ngoài tr ục.

Truyền dẫn chạy dao không khe hở trên các máy phay CNC cho phépcắt theo chu kỳ phay thuận mà vẫn êm.1.3 ) HỆ TOẠ SỬ DỤNG TRONG MÁY CNC

1.3.1 hệ toạ độ vuông gócCác điểm mà dao cắt đi tớ i trong khi gia công đượ c xác định trong một

chương trình. Để mô tả vị trí của các điểm này trong vùng làm việc, ta dùngmột hệ toạ độ. Nó bao gồm ba trục vuông gốc vớ i nhau cũng cắt nhau tạiđiểm 0. Trong hệ toạ độ này có các tr ục X, Y, và Z.

Vớ i một hệ tr ục toạ độ ba tr ục, bất kỳ điểm nào cũng đượ c xác định thôngqua các toạ độ của nó. Hệ toạ độ máy do nhà chế tạo máy xác đinh, thôngthường nó không thể bị thay đổi.

Trục X là tr ục chính trong mặt phẳng định vị. Trên máy phay nó nằm song

song vớ i bàn máy(bàn kẹp chi tiết).Trục Y là tr ục thứ hai trong mặt phẳng định vị. Nó nằm trên mặt nắp máy

và vuông góc vớ i bàn máy.Trục Z luôn luôn trùng vớ i tr ục truyền động chính. Trục này đượ c nhà chế

tạo xác định. Chiều dương của tr ục Z chạy từ chi tiết hướng đến daocắt.Điều đó có nghĩ a là trong chuyển động theo chiều âm của tr ục Z, dao cắt sẽđi tớ i bề mặt chi tiết.

Để xác định nhanh chiều của các tr ục, dùng luật bàn tay phải: ta đặt ngóngiữa của bàn tay phải theo chiều của tr ục Z thì ngón tay cái sẽ tr ỏ theo chiềutr ục X và ngón tay tr ỏ sẽ chỉ theo chiều Y.

Hệ toạ độ cơ bản đựơ c gắn liền vớ i chi tiết. Bở i vậy khi ta lập trình ta phảiluôn luôn xuất phát từ chổ xác định chi tiết đứng yên còn dao cắt thì chuyểnđộng. Điều đó có nghĩ a là :

Khi cắt phay, rõ ràng chi tiết chuyển động là chính, nhưng để đơn giản choviệc lập trình hãy quan niệm là chi tiết đứng yên còn dao cắt thì dịch chuyển.Ta gọi đó là chuyển động tương đối của dao cụ.

Để mô tả đường dịch chuyển dao(các dữ liệu toạ độ) trên một số máy CNCcó cả hai khả năng.

1.3.1.1 Dùng toạ độ Đề các.Khi dùng dữ liệu toạ độ Đề các, ta đưa ra các khoảng cách đo song song

vớ i các tr ục từ một điểm tớ i một điểm khác.



- 3 -


Các khoảng cách theo chiều dương của tr ục có kèm theo dấu dương(+) phíatr ướ c. Các khoảng cách theo chiều âm của tr ục có kèm theo dấu âm(-) phíatr ướ c.

Các số đo có thể đưa r a theo hai phương thức:Đo tuyệt đối :Vớ i các số đo tuyệt đối, ta đưa ra toạ độ của các điểm đích tính từ một

điểm cố định trong vùng làm việc. Nghĩ a là trong mỗi chuyển động đều xácđịnh, dao cắt phải dịch chuyển đến đâu kể từ một điểm gốc 0 tuyệt đối.

Đo theo kích thướ c :Vớ i các số đo theo chuỗi k ích thướ c, ta đưa ra toạ độ của các điểm đích

tính từ mỗi điểm dừng lại của dao cắt sau một vệt cắt. Nghĩ a là trong mỗichuyến đều đưa ra số liệu dao cần đượ c dịch chuyển tiếp một lượng là baonhiêu nữa theo từng tr ục toạ độ.

1.3.1.2 Dùng toạ độ cực

Khi sử dụng các dữ liệu trong hệ toạ độ cực, ta đưa ra vị trí của một điểmkhông qua khoảng cách và góc so vớ i một tr ục cơ sở

Các toạ độ cực chỉ có thể đo trên mặt phẳng chính. Trong phạm vi của mộthệ toạ độ cực có ba mặt phẳng chính. Từ ba tr ục X, Y và Z của hệ thống sẽcó ba bề mặt kẹp, đó là : mặt X/Y; mặt X/Z và mặt Y/Z

1.3.2 Những điểm quan tr ọng trong một hệ toạ độ

Điểm chuẩn của máy M: là điểm gốc M của hệ toạ độ máy

Điểm W chi tiết: là điểm gốc 0 của hệ toạ độ chi tiết, nó đựoc giữ cốđịnh cho một chi tiết.Điểm chuẩn của dao P: là điểm gôc của hệ toạ độ gắn trên dao cắt.Điểm 0 lập trình: là điểm gốc 0, từ đó xác định các dữ liệu cập nhập

trong một chương trình. Điểm này có thể thay đổithông qua lệnh chuyển điểm 0.



- 4 -


1.4) QUAN HỆ GIỮA CÁC TR ỤC TOẠ ĐỘ:Khi gia công trên các máy CNC ngườ i ta có thể chia các hệ tr ục toạđộ

thành 3 loại: hệ tr ục toạ đọ máy, hệ tr ục toạ độ chi tiết và hệ tr ục toạ độ củadao.

Từ hệ tr ục toạ độ của máy có điểm gốc M ta có thể biểu diễn đượ c hệtoạ độ của chi tiết và hệ toạ độ của dao bằng các phép dịch chuyển tịnh tiếnhay các phép quay. Nhờ đó ta có thể xác định đựơ c vị tr ị của điểm tr ên chitiết cần gia công cũng như vị tr ị dao để gia công chi tiết.1.5 ) CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN CỦA MÁY CÔNG CỤ CNC.

Các máy CNC khác nhau có khả năng gia công đượ c các bề mặt khácnhau như các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình, .v.v… Do đó các dạng điềukhiển của máy cũng đượ c chia ra thành: điều khiển điểm- điểm, điều khiểntheo đường thẳng và điều khiển theo biên dạng.

a) điều khiển điểm-điểm: dùng gia công cắc lỗ bằng các phương phápkhoan, khoét, doa và cắt ren. ở đây chi tiết gia công đượ c gá cố định trên bànmáy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các vị trí đã lập trình. Khiđạt tớ i đích dao bắt đầu gia công. truờng hợp này quỹ đạo của chuyển độngdao là không quan tr ọng, điều quan tr ọng là vị trí gia công đạt đến phảichính xác.

b) Điều khiển theo đường thẳng.Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển khi gia công dụng cụ cắt thực

hiện lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó. Khi thực hiện gia côngcác chuyển động theo các tr ục toạ độ là độc lập không có quan hệ rằng buộcnào vớ i tr ục khác.

c) Điều khiển biên dạng.Điều khiển theo biên dạng cho phép chạy trên nhiều tr ục cùng một lúc.

Trong trường hợp này cả hai tr ục để tạo ra một dạng vừa có phần thẳng vừacó phần cong. ở đây theo các tr ục có quan hệ hàm số ràng buộc vớ i nhau.



- 5 -


PHẦN IIGIỚI THIỆU CNC CYBER-MILL

CYBER- MILL là máy phay CNC phục vụ cho việc thí nghiệm có môhình như sau:

Các bộ phận Truyền động:Động cơ một chiều có mang dao phay đường kính dao 3mm.

Chuyển động ăn dao:



- 6 -


Chuyển động ăn dao đượ c thực hiện nhờ ba động cơ bướ c hoạt động độclập nhau mỗi động cơ loại nguồn 2A-5V và bộ Vitme/ đaiốc.

Mỗi động cơ bướ c thực hiện điều khiển chuyển động theo một tr ục nhấtđịnh trong hệ toạ độ Đề các(X,Y,Z).

Bộ truyền động đượ c sử dụng là Vitme/đai ốc.Chiều dài Vít me tr ục Z là 210 mm.Chiều dài Vitme tr ục X là 380 mm.Chiều dài Vitme tr ục Y là 210 mm.

Khoảng cách các răng trên Vitme là 3mm/răngĐộ rộng mỗi răng là 1mm.đường kính Vitme la 12mm.Không gian làm việc : 20x40( mm x mm).

Đầu Vitme đượ c nối vớ i tr ục của động cơ bướ c thực hiện biến đổi chuyểnđộng quay tròn của động cơ bướ c thành chuyển động thẳng của vật mang chi

tiết.Đầu còn lại của Vitme đượ c gá vào khung đỡ.ở giữa của Vitme đựơ c gá vào đaiốc để biến đổi chuyển động quay thành

chuyển động tịnh tiến.Tính toán chuyển động:

Động cơ bướ c có số bướ c 200 bướ c/ vòng.Do đó để thực hiện chuyển động một khoảng L theo một tr ục nào đó của

vật mang chi tiết thì số vòng quay phải thực hiện sẽ là L/3.Khi đó số xung cân cấp cho động cơ bứơ c sẽ là 200 .L/3.

Việc tính toán điều khiển chuyển động động cơ bướ c sẽ đượ c thực hiện bằng máy tín.

Việc thực hiện điều khiển chuyển động của động cơ bướ c đượ c thiết kếnhư phần IV dướ i đây.



- 7 -


PHẦN III

ĐỘNG CƠ BƯỚCI. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ BƯỚC

1. KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚCCác hệ truyền động rờ i rạc thường đượ c thực hiện nhờ động cơ

chấp hành đặc biệt gọi là động cơ bướ c.Động cơ bướ c thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các

tín hiệu điều khiển dướ i dạng các xung điện rờ i rạc kế tiếp nhau thànhcác chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto và có khả năngcố định rôto vào những vị trí cần thiết.

Động cơ bướ c làm việc đượ c là nhờ có bộ chuyển mạch điện tử đưacác tín hiệu điều khiển vào stato theo một thứ tự và một tần số nhất định.Tổng số góc quay của rôto tương ứng vớ i số lần chuyển mạch, cũng như

chiều quay và tốc độ quay của tôto, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tầnsố chuyển đổi. Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stato(phần

ứng) của động cơ bướ c thì rôto(phần cảm) của động cơ sẽ quay đi mộtgóc nhất định, góc ấy là một bướ c quay của động cơ. Khi các xung điệnáp đặt vào các cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục thì rôto sẽ quay liêntục.(Thực chất là chuyển động đó vẫn là theo các bướ c rờ i rạc).

Về cấu tạo, động cơ bướ c có thể coi là tổng hợp của hai loại động cơ :Động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc côngsuất nhỏ.

Trong khi động cơ một chiều không tiếp xúc có rôto thường là một namchâm vĩnh cửu(số đôi cực 2p=2) và cần có cảm biến vị trí rôto thì độngcơ bướ c có rôto dạng cực lồi gồm nhiều răng cách đều cấu thành các cặpnam châm N-S xen kẽ nhau để tạo ra số cặp cực 2p lớn hơn và không cần



- 8 -


phải có bộ cảm biến vị trí rôto. Động cơ bướ c vì từ tr ường quay khôngliên tục do các xung điện cấp vào rờ i rạc nên rôto quay theo các bướ c.

Cũng giống như động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ, độngcơ bướ c có các bối dây tạo thành các pha trên stato, đồng thờ i trên cả rôtovà stato đều có các răng để tạo thành các cặp cực và các nam châmđiện. Nhưng động cơ đồng bộ gảim tốc có các cuộn kích thích và cần phải có dòng điện kích thích để khở i động, còn động cơ bướ c khôngcần yếu tố này. Mặt khác

Có thể cói động cơ bướ c là linh kiện số mà ở đó các thông tin số hoá đãthiết lập sẽ đượ c chuyển thành chuyển động quay theo từng bướ c. Độngcơ bướ c sẽ thực hiện trung thành các lệnh đã số hoá này máy tính yêu cầu

Mô hình số hoá động cơ bướ c.

2. Nguyên lý hoạt động.Rô to động cơ bướ c không có cuộn dây khở i động mà nó đượ c

khở i động bằng phương pháp tần số. Rôto của động cơ bướ c có thểđượ c kích thích(rôto tích cực) hoặc không đượ c kích thích(rôto thụ động).

Xung điện áp cấp cho m cuộn dây stato có thể là xung một cực hoặc xung2 cực

Chuyển mạch điện tử có thể cung cấp điện áp điều khiển cho các cuộn dâystato theo từng cuộn dây riêng lẽ hoặc theo từng nhóm các cuộn dây. Trị sốvà chiều của lực điện từ tổng F của động cơ và do đó vị trí của rôto trong

không gian hoàn toàn phụ thuộc voà phương pháp cung cấp điện chocác cuộn dây.

Thực tế để tăng cường lực điện từ tổng của stato và do đó tăng từ thôngvà mômen đồng bộ, ngườ i ta thường cấp điện đồng thờ i cho hai,ba hoặcnhiều cuộn dây. Lúc đó rôto của động cơ bướ c sẽ có vị trí cân bằng(ổn định) trung vớ i vectơ lực điện từ tổng F. Đồng thờ i lực điện từ tổng F cũng cógiá tr ị lớn hơn lực điện từ thành phần của các cuộn dây stato.



- 9 -


Khi cấp điện cho một số chẵn cuộn dây hoặc cho một số lẽ cuộn dây rôtocủa động cơ bướ c sẽ có m vị trí cân bằng. góc xê dịch giữa hai vị trí liên tiếpcủa rôto bằng 2π /m - Trường hợp này gọi là điều khiển cả bướ c hay điềukhiển đối xứng.

Nếu cấp điện theo thứ tự một số chẵn cuộn dây, rồi một số lẻ cuộn dây,có nghĩ a là số lượng cuộn dây đượ c điều khiển luôn luôn thay đổi từ chẵnsang lẻ và từ lẻ sang chẵn thì số vị trí cân bằng của rôto sẽ tăng lên gấp đôilà 2m. độ lớn của một bướ c sẽ giảm đi một nửa bằng 2π /2m – Trường hợpnày gọi là điều khiển nửa bướ c hay điều khiển không đối xứng.

Ta có thế tính số bướ c quay của rôto trong khoảng 0÷ 3600 là:K= m.n1.n2.p,

Trong đó: p: số đôi cực của rôto;m: số cuộn dây điều khiển trên stato(số pha);

n1: hệ số, n1 =1 ứng vớ i điều khiển đối xứng;n2=2 ứng vớ i điều khiển khôngđối xứng;

n2: hệ số, n2=1 điều khiển bằng xung 1 cực;n2=2 điều khiển bằng xugn 2 cực.

Bướ c quay của rôto trong không gian là α =3600/K.

3.) mômen đồng bộ và tr ạng thái ổn định của động cơ bướ c.Biểu thức mômen đồng bộ t ĩnh của động cơ bướ c khác vớ i biểu

thức mômen đồng bộ của động cơ đồng bộ thường có cùng cấu trúc.

Sự khác nhau đó là do động cơ bướ c đượ c cấp bở i dòng điện một chiều,chứ không phải dòng điện xoay chiều.Trong động cơ đượ c cấp bở i nguồn một chiều, sau quá trình quá độ, dòng

điện trong các cuộn stato là hằng sốI=U/r s=Const.

Từ thông mà nó sinh ra tác động vào cặp cực của rôto:φ =B.S.cosα =B.S.sinθ

trong đó:B là cường độ từ tr ường do dòng điện I sinh ra trong cuộn dây có điện

cảm L;

S là tiết diện vuông gốc của cặp cực;α là góc giữa tr ục cặp cực vớ i tr ục của cuộn dây pha;θ là góc giữa tr ục cặp cực và đường vuông góc vớ i tr ục của cuộn dây

pha;



- 10 -


Do θ thay đổi nên từ dẫn dọc theo đường đi của từ thông thay đổi theo,làm cho từ thông thay đổi trong một giớ i hạn rộng. Nếu viết biểu thức φ dướ idạng:

φ =L.I (L là điện cảm).

Do sự thay đổi của góc φ cùng vớ i sự thay đổi của khe hở không khí giữacác răng của stato và rôto làm cho điện cảm L thay đổi theo dẫn đến từ thôngφ và do đó mômen của động cơ thay đổi.

Mômen đồng bộ t ĩnh của động cơ bướ c khi stato và rôto có răng và đượ ckích thích, có thể viết dướ i dạng tổng quát của 3 mômen quay:

M(θ )=MS+MR +MSR = CM.IS.(dLS/dθ )+CM.IR .(dLR /dθ )+2.CM(dLRS/dθ )Trong đó: IS, IR , LS(θ ), LR (θ ), LSR (θ ) là các giá tr ị xác lập tương ứng dòng

điện, điện cảm và hổ cảm của stato(S) và rôto(R); CMlà hằng số, phụ thuộcvào cấu tạo của từng loại động cơ.

Mômen MS đượ c hình thành do sự thay đổi từ dẫn trên đường đi củatừthông stato đượ c kích thích bở i dòng điện IS.

MR đượ c hình thành do sự thay đổi từ dẫn trên đường đi của từ thông rôtođượ c kích thích bở i dòng điện IR .

MSR đượ c hình thành do sự thay đổi hỗ cảm giữa stato và rôto đượ c kíchthích bở i dòng điện IS và IR .

Hiện nay, phần lớn các động cơ bướ c đều có cấu tạo rôto không có cuộnkích thích. Do đó biểu thức mômen có dạng đơn giản sau:

M(θ )=CM.IS.(dLS/dθ ).

Quan hệ giữa mômen vớ i góc quay θ thường là không hình sin do ảnhhưởng của cấu trúc răng và cấu trúc cực lồi của stato và rôto, cũng như doxung điện áp cấp vào có dạng xung vuông là tổng của các thành phần điềuhoà.

Quan hệ của mômen M=f(θ ) là dường cong có dạng như sau:

πđường cong mômen của động cơ bướ c theo gố c quay θ



- 11 -


Chất lượng của động cơ bướ c đượ c đánh giá bở i độ dốc của đườngcongmômen đồng bộ M=f(θ ), đặc biệt là ở đầu của vùng làm việc thuộcđường cong này. Độ dốc của đường M=f(

θ) trong vùng này càng lớn

thì suất mômen dM/dθ càng lớn và khả năng đồng bộ của đồng bộ củađộng cơ bướ c càng lớn.

Giả sử tại một vị trí nhất định, rôto mang một mômen tải(mômen cản) MC.Để giữ đượ c rôto ở vị trí này ta phải cấp dòng điện cho cuộn dây stato tại vịtrí đó và do góc α =0 nên M=Mmax. Điều kiện để giữ đượ c rôto không tr ượ tkhỏi vị trí là:

MC<Mmax

Muốn quay rôto đi một gốc α rờ i khỏi vị trí đang giữ, ta phải cấp dòngđiện cho cuộn stato ở vị trí mớ i, đồng thờ i ngắt dòng điện của cuộn stato ở vị

trí củ. Điều kiện để rôto quay đượ c góc α là :MC<Mmax.cosα .

Cần chú ý rằng sự chuyển bướ c của rôto chỉ thực hiện đượ c trong điềukiện nhất định, khi mà sự dịch chuyển của lực điện từ F đi một góc α khônglàm cho động cơ rơ i vào vùng mất ổn định của đặc tính góc M=f(θ )

Nếu như góc α qua lớn thì rôto rờ i vào vùng mất ổn định,không bám theođượ c từ tr ường và động cơ bị mất bướ c.

Trong tr ường hợp tổng quát, để động cơ không bị mất bướ c cần thựchiện điều kiện sau:

MC<Mmax.cos(2π /K),trong đó: K là số bướ c quay

Như vậy bướ c quay α =3600/K càng nhỏ thì mômen tải MC cho phéptrên tr ục động cơ càng lớn.

4. Cấu tạo và phân loại động cơ bướ c:Để tăng số bướ c của động cơ (tăng độ phân giải về góc), ta cần phải

tăng lượng cuộn dây pha m và tăng số cặp cực p.Việc tăng số lượng bối dây m trên stato gặp nhiều khó khăn do hạn chế

về kích thướ c của stato và những tr ở ngại khi đặt các bobin dây quấn vào các

rãnh nửa hở của stato, đồng thờ i khi số pha m lớn thì mạch điều khiển cũngsẽ phức tạp hơn. Do đó ngườ i ta thường làm các động cơ bướ c vớ i số lượng pha m đủ nhỏ, là 2 pha, 4 pha hay 5 pha; trong đó thông dụng nhất là 2 phavà 4 pha.Việc tăng số bướ c của động cơ đượ c giải quyết bằng tăng số lượng cặp cực

rôto. Rôto động cơ bướ c tạo thành nhiều cặp cực đượ c chế tạo từ vật liệu kỹthuật đặc biệt có độ từ hoá cao và chịu mômen tải lớn, vì chính rôto là bộ phận chịu tải tr ọng cơ khí thông qua tr ục của nó.



- 12 -


Ngườ i ta thường chế tạo các động cơ bướ c có các bướ c trong khoảng từ0,450

÷ 150 tuỳ theo mục đích sử dụng. Trong đó thông dụng nhất trên thịtr ường hiện nay là loại động cơ có góc bướ c 1,80.

Xét về cấu tạo, động cơ bướ c có ba loại chính:-

Động cơ bướ c có rôto đượ c kích thích(có dây quấn kích thích hoặckích thích bằng nam châm vĩnh cửu).- Động cơ bướ c có rôto không kích thích(động cơ kiểu cảm ứng và

động cơ kiểu phản kháng).- Động cơ bướ c kiểu hỗn hợp, kết hợp cả hai loại trên.

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC1. Ba chế độ(Mode) điều khiển động cơ bướ c.

Ta có ba chế độ điều khiển động cơ bướ c đó là:

a, Chế độ cả bướ c. b, Chế độ điều khiển cả bướ c.c, Chế độ điều khiển vi bướ c.

Cơ sở lý thuyết của việc điều khiển các chế độ này như sau:Hình dướ i miêu tả mối quan hệ giữa các véc tơ lực điện từ F1, F2 của 2 cuộn

dây 1 và 2 khi đượ c cấp dòng điện đơn cực và véctơ lực điện từ tổng F

Trong đó :F1: lực điện từ tác động lên rôto khi cuộn dây 1 đượ c kích thích;

F2: lực điện từ tác động lên rôto khi cuộn dây 2 đượ c kích thích;F: lực điện từ tổng;α : góc bướ c;β : góc cần điều khiển(góc vi bướ c);

Nếu ta điều khiển sao cho F1, F2 có tr ị số không bằng nhau thì lực điện từtổng F sẽ có hướng thay đổi trong khoảng góc bướ c α (Từ cạnh OA đếncạnh OB của tam giác OAB) và do đó vị trí của rôto thay đổi đượ c và cóthể cố định vào vị trí bất kỳ trong khoảng góc bướ cα

Gọi β là góc vi bướ c tạo bở i vectơ F1 và F2, áp dụng tính chất củahình bình hành(OACB) và các hệ thức lượng trong tam giác cho cáctam giác OAB, OAC và OAD ta có các biểu thức sau :

AB2=OA2+OB2-2.OA.OB.cosα .OC2=OA2+OB2+2.OA.OB.cosα(AB/2)2=OA2+(OC/2)2-2.OA.(OC/2).cosβ

hay : AB2=4.OA2+OC2-4.OA. OC.cosβ



F 1

2

- 13 -


cosβ=

cosβ

=

OA + OB cosα

OA2+ OB

2+ 2.OA..OB.cosα

F 1 + F 2 cosα

2 + F 2

2+2. F 1 . F 2 .cosα

a, điều khiển động cơ cả bướ c- Đầu tiên cho F2=0 và F1=F, cosβ =F/F=1 nên góc β =0, rôto ở vị trítr ục cuộn dây 1.- Sau đó cho F1=0 và F2=F, cosβ =cosα hay β =α , Rôto ở vị trítr ục cuộn dây 2.

b, Điều khiển nửa bướ c- Đâu tiên cho F

2=0 và F

1=F, rôto ở vị trí tr ục cuộn dây 1.

- Tiếp theo cho F1=F2=F,

cosβ=

1 +

cosα=

2 cos (α / 2)

2(1 + cosα)

4 cos 2 (α / 2)

cosβ =cos(α /2), β = α /2. Rôto ở vị trí chính giữa góc α .- Sau đó cho F1=0 và F2=F, rôto sẽ ở vị trí tr ục của cuộn dây thứ 2.

Trong tr ường hợp này rôto sẽ chuyển động từng bướ c θ =α /2,(β =0,α /2,

α )c, Điều khiển vi bướ c:

Nếu ta điều khiển sao cho lực F1 giảm dần theo từng bướ c từ F đến 0 vàlực F2 tăng dần từng bướ c từ 0 đến F thì rôto sẽ quay từng bướ c từ vị trí OAđến OB.

Trên thực tế, để rôto có thể quay đượ c các bướ c đều, chẳng hạn theo vi bướ c θ (ví dụ θ =α /10), thì phải giải phương trình (11) để tìm F1 và F2 ứngvớ i các góc quay β =θ , 2θ , 3θ , ... , nθ . Phương trình (11) là một phươngtrình bậc 2 vớ i hai ẩn số, về nguyên tắc là không giải đượ c. Nhưng vớ i điều

kiện bên nhất định phương trình(11) sẽ giải đượ c.2, Các đặc tr ưng của tín hiệu điện điều khiển động cơ bướ c.Đối vớ i động cơ bướ c, tín hiệu điện điều khiển là các xung rờ i rạc kế

tiếp nhau. Việc điều khiển động cơ bướ c phụ thuộc vào các tham số sau củaxung điều khiển:

- Dòng điện I, kể cả cực tính (và liên hệ mật thiết vớ i nó là mức điệnáp U).



- 14 -

BÁO CÁO THỰC TẬP TÔT NGHIỆP- Độ rộng xung(liên quan đến khả năng dịch bước).- Tần số xung(liên quan đến tốc độ quay).- Cách thức cấp xung, bao gồm thứ tự và số lượng cuộn dây pha

đượ c cấp(liên quan đến chiều quay và mômen tải).Tuỳ thuộc vào việc cấp xung điện, động cơ bướ c có bốn tr ạng thái sau đây:



a, Trạng thái không hoạt động: Khi không có cuộn dây nào đượ c cấp điện:- Đối vớ i động cơ phản kháng: rôto sẽ quay tr ơn.- Đối vớ i động cơ nam châm vĩnh cửu và động cơ kiểu hổn hợp: có

mômen hãm, rôto có xu hướng dừng ở các vị trí mà đường khép kín từ thông

giữa các cực của rôto và stato là nhỏ nhất. b, Trạng thái giữ: Khi một số cuộn dây pha đượ c cấp điện một chiều.Rôto mang tải sẽ đượ c giữ chặt ở vị trí góc bướ c nhất định do lực điện từtổng F sinh ra mômen giữ.

c, Trạng thái dịch chuyển bướ c: rôto sẽ dịch chuyển từ vị trí bướ c

đang đượ c giữ sang vị trí bướ c tiếp theo khi các cuộn dây pha đượ c cấp dòng phù hợp.

d, Trạng thái quay quá giớ i hạn: trong chế độ không tải, nếu xung điềukhiển có tần số quá cao, động cơ sẽ quay vượ t tốc. Ở tr ạng thái này động cơ

không thể đảo chiều, không thể dừng đúng vị trí, nhưng vẫn có thể tăng vàgiảm tốc từ từ. muốn dừng và đảo chiều động cơ phải giảm xuống dướ i tốcđộ dướ i tốc độ tớ i hạn để hoạt động trong chế độ bướ c.

chỉ có hai tr ạng thái b và c là đượ c coi là tr ạng thái làm việc.

3) GIỚI THIỆU BA KIỂU ĐIỀU KHIỂN DÒNG ĐIỆN I VÀ ĐIỆN ÁP U3.1. mối quan hệ giữa dòng điện I và điện áp U

Trong số liệu kỹ thuật của động cơ bướ c ta chú ý đến 4 tham số quantr ọng sau:

-

Điện áp danh định U;- Dòng điện danh định I;- Điện tr ở cuộn dây pha R;- Điện cảm cuộn dây pha L;

Sơ đồ cấp điện đơn giản cho 1 cuộn dây pha như sau:

VCC: điện áp nguồn cấp;



R S: Điện tr ở nguồn cấp;D : điôt dumper (làm nhụt - xả năng lượng).K i : chuyển mạch điện tử cho cuộn dây pha thứ i.

Trạng thái giữ, khoá K đóng liên tục, ngườ i ta thường cấp dòng điện I

hoặc điện áp U bằng khoảng 65%÷ 100% giá tr ị danh định.Vì là dòng một chiều nên ở chế độ giữ, điện cảm L không làm sụt áp,ta có phương trình:

VCC = I.R S+I.R;VCC = I.R S+U;

từ đây ta có ba cách cấp điện ở chế độ giữ như sau:- Cấp bằng nguồn ổn áp: R S=0; VCC=U;- Cấp bằng nguồn dòng có ICC=I.- Cấp bằng nguồn ổn áp có nguồn cấp cao hơn U và mắc điện tr ở nối

tiếp R S.

Muốn cho động cơ quay một bướ c thì phải ngắt dòng điện cuộnthư i (mở K I) và đống khoá K J cho dòng điện đi vào cuộn dây thứ j. Giả thiếtrằng các khoá điện tử K I và K J đóng ngắt tức thì(t=0).

Tại cuộn dây thứ i(cuộn dây bị ngắt) ở đầu điôt D xuất hiện suất điệnđộng và năng lượng từ tr ường Li2/2 sẽ đượ c giải phóng qua điốt D

Tại cuộn dây thứ j ta có phương trình : VCC= E+L.(di/dt)+i.r;trong đó:

VCC: điện áp một chiều cấp vào;r=R S+R: tổng tr ở toàn mạch;

i: dòng điện tức thờ i trong cuộn dây;E: suất điện động quay, cảm ứng trong cuộn dây stato bở itừ

tr ường của nam châm vĩnh cửu của rôto, chỉ tồn tại khi rôto đang quaytừ vị trí thứ i sang vị trí thứ j, khi rôto đứng yên ở tr ạng thái giữ thìE=0;

i=(VCC-E)/r.(1-et/T)Giải phương trình vi phân trên ta đượ c biểu thức cho dòng điện:

Trong đó: T=L/r- hằng số thờ i gian. Như vậy là dòng điện không xác lập ngay lập tức mà tăng lên từ từ:

- Khi bắt đầu khở i động (E=0), dòng điện tăng vớ i hệ số góc VCC/L,- Sau điểm khở i động, dòng điện tăng vớ i hệ số góc (VCC-E)/L cho

đến khi rôto dừng ở vị trí mớ i, lúc đó dòng điện đạt tớ i giá tr ị I0.- Sau khi rôto dừng ở vị trí mới,dòng điện tiếp tục tăng vớ i hệ số góc

VCC/L đến giá tr ị xác lập VCC/r.Đặc tuyến thờ i gian(và góc) của dòng điện stato đượ c biểu diễn trên hình

sau:



Từ các kết quả trên rút ra những nhận xét quan tr ọng sau:a, phải thiết kế sao cho dòng điện xác lập không vượ t quá dòng điện tối

đa cho phép(VCC/r ≤ Imax) nếu sau khi quay một bướ c rôto dừng và duy trì ở vịtrí ở vị trí giữ.

b, Nếu sau khoảng thờ i gian t1, rôto quay xong góc bướ c θ , ta lạichuyển mạch để rôto quay bướ c tiếp theo thì dòng điện không bao giờ đạttớ i giá tr ị xác lập. Điều đó giải thích tại sao khi quay vớ i tốc độ lớn dòngđiện cấp cho động cơ lại nhỏ.

c, Nếu tăng tỷ số VCC/r thì thờ i gian để động cơ quay một bướ c (t1) sẽnhỏ đi do dòng điện đạt đến giá tr ị I0 nhanh hơn. Điều đó giải thích tại saomuốn cho động cơ quay nhanh thì phải cấp điện áp cao. (Điện áp này lớngấp nhiều lần điện áp danh định U của động cơ, cho theo Catalog).d, Nếu dòng điện chưa đạt đến giá trị I0 khi t<t1 mà đã ngắt nguồn thì khôngchắc chắn động cơ sẽ quay đượ c một bước(mất bước). Điều này ngườ i thiếtkế phải tính đến khi chọn các khoá điện tử.

3.2. Điều khiển dòng-áp băng hệ số L/R

Đây là cách đơn giản nhất,chỉ áp dụng cho các động cơ có công suất rấtnhỏ.Bản chất của kiểu điều khiển này là khi ở tr ạng thái ở tr ạng thái giữ

thì nguồn chịu tải chính là R S, khi dịch bướ c thì nguồn chịu tải chính làcảm kháng ZL.



Muốn cho động cơ quay vớ i tốc độ cao thì phải chọn VCC lớn, trên thực tếlà bằng 7÷ 15 lần điện áp định mức U. Do đó khi ở chế độ giữ, công suất tiêután trên điện tr ở nối tiếp R S rất lớn:

P=I2.R S=(VCC-U)2/R S

Công suất tổn hao này một mặt lãng phí, mặt khác có thể làm nóngvàcháy điện tr ở nối tiếp R S.

3.3. Điều khiển dòng-áp bằng độ rộng xung:Xuất phát từ nhận xét d, bản chất của kiểu điều khiển này như sau:

- Ở chế độ dịch bước,cuộn dây pha đượ c cấp một xung có độ rộngsao cho rôto có thể dịch đượ c bướ c, nghĩ a là dòng i đạt đến mức I0<i<Imax.

- Sau khi dịch bướ c,ở chế độ giữ, ta không cấp dòng một chiều(như phương án hệ số L/R ) mà cấp xung điện áp cao và tần số cao hơn. Lúc nàyđiện cảm L của cuộn dây pha có tác dụng như một bộ lọc tich phân và dòng

điện trung bình làm nhiệm vụ sinh ra mômen giữ.Sơ đồ điện áp và dòng điện của cuộn dây pha trong tr ường hợp này

như sau:

Sơ đồ xung đ iện áp và dòng đ iện của cuộndây stato khi đ iều khiển bằng độ rộng xung

Kinh nghiệm cho thấy, đối vớ i phần lớn các loại động cơ bướ c, tần sốxung trong lúc giữ là 20 kHz; còn độ rộng xung chủ yếu khảo sát thực tế đốivớ i từng loại động cơ bướ c, hoặc tính đượ c từ phương trình 27 khi biết chắcchắn các tham số I, U, L của loại động cơ bướ c đó, hoặc đượ c khống chế tựđộng nhờ việc theo dõi dòng điện i trong cuộn dây pha.



Kiểu điều khiển này có một số nhượ c điểm sau:- Mạch điều khiển phức tạp và đòi hỏi transisto làm nhiệm vụ khoá

điện tử phải có tốc độ đóng cắt nhanh, công suất lớn.- Trong thờ i gian giữ, từ tr ường thay đổi liên tục làm nóng động cơ ;

đồng thờ i transisto đóng cắt cũng liên tục phải chịu các xung điện áp thậnnghịch khá cao nên ở mức độ nào đó cũng bị nóng.- Không áp dụng cho chế độ vi bướ c.- các xung điện áp cao và tần số cao cùng vớ i từ tr ường thay đổi liên

tục gây nhiễu radio và nhiễu điện từ tr ường, nhiều khi làm cho mạch điềukhiển không hoạt động.3.4. Điều khiển dòng-áp bằng điện áp hai mức

Kiểu điều khiển này dựa theo nguyên tắc sau:- Khi ở chế độ giữ, ta cấp cho cuộn dây pha một điện á p thấp, đúng

bằng điện áp danh định U, và do đó dòng điện cũng đạt tớ i danh định nhưng

không có công suất tiêu tán trên nguồn- Khi ở chế độ dịch bướ c, đồng thờ i vớ i việc cấp xung điều khiển, ta

cấp cho cuộn dây pha một điện áp VCC rất cao và đo dòng điện trong cuộndây. Khi dòng điện đạt đến giá tr ị đủ để động cơ quay một bướ c, ta ngắt điệnáp cao và đưa điện áp thấp vào.

Giản đồ xung đ iều khiển đ iện áp 2 mứ c

Tại thờ i điểm t0 khi cuộn dây pha đượ c cấp dòng để chuyển bướ c, xung XC

cũng lên 1 để cấp điện áp cao VCC bằng bóng bán dẫn T1. Lúc đó điot D tự



động khoá nguồn U do có phân cực ngược(VCC>U). Dòng điện bắt đầu tăngdần cho đến khi:

i.R S=Imax.R S=US

thì bộ so sánh C1 xuất ra xung XRS xóa tín hiệu XC, T1 ngắt điện áp cao VCC

ra khỏi mạch, lấp tức điôt D đóng nguồn thấp U để duy tr ì tr ạng thái giữ củarôto. Xung điều khiển Xđk vẫn đượ c duy tr ì cho đến khi việc điều khiển đượ cchuyển sang cấp điện cho pha khác và không cấp điện cho pha nay

PHẦN IVGIỚI THIỆU VI MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC L297 VÀ L298.

1. Vi mạch điểu khiển động cơ bướ c L297.Hãng sản xuất: SGS- THOMSON Microelectronics.

Vi mạch L297 tích hợp tắt cả các mạch điện tử cần thiết để điều khiểnđộng cơ bướ c lưỡng cực và đơn cực. Sử dụng cùng vớ i mạch cầu công suấtkép như L298 tạo ra một bộ ghép nối hoàn chỉnh giữa bộ vi xử lý và động cơ kiễu lưỡng cực. Động cơ bướ c kiểu đơn cực cũng có thể điều khiển đượ c bằng L297 cộng 4 cụm công xuất mắc theo kiểu Đalingtơn.

Vi mạch điều khiển động cơ bướ c L297 tr ướ c hết sử dụng cùng vớ icầu công xuất L298 hoặc L293E trong các ứng dụng điều khiển độngcơ bướ c.

L297 nhận tín hiệu điều khiển từ hệ thống điều khiển, thường là chipvi xử lý trung tâm và tạo ra tất cả các dạng xung điều khiển cho tầng công

suất. Hơn thế nữa, nó bao hàm hai bộ chopper điều khiển độ rộng xungPWM để điều khiển dòng điện trong các cuộn dây pha.

Vớ i việc hạn chế công suất phù hợp, L297 điều khiển đượ c động cơ nam châm vĩnh cửa 2 pha, động cơ nam châm vĩnh cửu 4 pha và động cơ cótừ tr ở thay đổi 4 pha. Ngoài ra, nó có thể điều khiển ở cả hy chế độ cả bướ chay nửa bướ c.

CÁC ƯU ĐIỂM



Vi mạch L297 cộng vớ i mạch công suất L298 có nhiều ưu điểm: cầnít linh kiện, yêu cầu phần mềm rất đơn giản nên giảm tải cho bộ vi xử lý.Thêm vào đó, việc lựa chọn cặp vị mạch đồng bộ (L297 và L298) có độ linhhoạt nhất định. Bản thân L298 có thể sử dụng riêng cho đồng cơ một chiều,

còn L297 có thể sử dụng cho bất kỳ tầng công suất nào kể cả linh kiện rờ i.Đối vớ i động cơ lưỡng cực có dòng điện pha không quá 2A thì nên sửdụng L297 đồng bộ vớ i L298; nếu dòng điện dướ i 1A thì tốt hơn hết là sửdụng L293E. khi dòng điện lớn hơn thì sử dụng bóng bán dẫn côngsuất hoặc cặp Đalinhtơn.

Vi mạch L297 đượ c chế tạo bỡ i hãng SGS bằng công nghệ I2L phùhợp dạng thức Analog/Digital và đóng vỏ nhựa dạng DIP dạng 20 chân. Vimạch sử dụng nguồn 5V và các đầu ra thích hợp chuẩn TTL/CMOS hoặckiểu bóng bán dẫn collector hở.

Sơ đồ dạng Dip 20 chân và chứ c năng các chân.

2. vi mạch L298

L298N có 2 mạch cầu công suất, mỗi mạch đượ c điều khiển bằng 2tín hiệu TTL và một đầu cho phép cũng mức TTL. Thêm vào đó, các cựcEmitter của các bóng công suất dướ i đượ c đưa ra ngoài cho phép đấu điệntr ở cảm biến dòng điện R SA và R SB.



Sơ đồ nguyên lý mạch của L298.

Vớ i L298N, SGS đã sử dụng công nghệ cấy ion ở điện áp vàdòng điện cao nên cho phép nó có công suất hiệu dụng đến160W(46V/2A). Vi mạch cần một nguồn 5V riêng biệt để giảm công suấttiêu tán và cho phép nối thẳng vớ i L297 hoặc các tín hiệu logic điều khiểnkhác.

3- Thiết lập thứ tự điều khiển pha.Trái tim trên sơ đồ của vi mạch L297 là khối biến đổi

(TRANSLATOR). Nó tạo ra thứ tự điều khiển pha cho chế độ nửa bướ c, cả

bướ c 1 pha và cả bướ c 2 pha. Khối này đượ c điều khiển bở i ba tín hiệu vào:Chiều quay(CW/CCW), (HALF/FULL) và một xung dịch bướ c, xungnày giúp cho khối biến đổi dịch chuyển từ bướ c hiện thờ i sang bướ c tiếptheo.

Bốn tín hiệu ra từ bộ biến đổi đến bộ logic đầu ra để tạo ra các tín hiềuđiều khiển, trong đó có cả tín hiều thực hiện chức năng cấm và chopper.



Sơ đồ khố i của vi mạch L297, bao gồm một bộbiến đổ i (TRANSLATOR), một bộ t ạo xung

chopper kép PWM và bộ logic đ iều khiển đầu raVề chức năng bên trong thì khối biến đổi gồm bộ đếm 3 bit và một số

mạch logic tổ hợp để tạo ra tập hợp mã Gờrây cho 8 bướ c cơ bản như hìnhsau:

Tám tr ạng thái logic cơ bản của bộ TRANSLATOR. Các tr ạng thái ở đây là cho chế độ đ iều khiển nửa bướ c, quay thuận kim đồng hồ

Cả ba chế độ điều khiển đều có thể tạo ra một cách dể dàng từ 8 tr ạngthái chủ đạo trên. Thứ tự đã nêu của 8 tr ạng thái phục vụ tr ực tiếp cho chếđộ điều khiển nửa bướ c, đượ c chọn vớ i mức cao của tín hiệu HALF/FULL.

- Chế độ điều khiển nửa bướ c khi không ở tr ạng thái chopping



Dạng xung ra cho chế độ đ iều khiển nửa bướ c khi không ở tr ạng tháichopping.

Khi tín hiệu HALF/FULL xuống thấp thì có chế độ điều khiển cả bướ c.

Các tr ạng t hái và xung ra khi cấp dòng đ iện đồng t hờ i cho 2 pha ở chế độ cả bướ c. Các tín hiệu INH1 và INH2 đều cao.



Các tr ạng thái và dạng xung ra khi chỉ cấp dòng đ iện cho 1 pha ở chế độ cả bướ c.

4. Các tín hiệu INH1 và INH2Trong chế độ cả bướ c và nửa bướ c 1pha, 2 tín hiệu này đượ c tạo ra để

nối ghép vớ i tín hiệu cho phép của vi mạch L298 nhằm tăng tốc dòng điệndư khi các cuộn dây pha ngắt.

Vì cả hai cuộn dây đều đượ c cấp điện thường xuyên trong chế độ cả bướ c 2 pha, không cuộn nào ngắt điện nên lúc đó không cần tạo ra tin hiệu này.

Hai tín hiệu INH1 và INH2 đượ c tạo ra bở i hàm:INH1=A+BINH2=C+D

5. Các tín hiệu khácHai tín hiệu khác cũng đượ c nối vớ i khối biến đổi(TRANSLATOR).Đó là tín hiệu RESET và home. Reset là tín hiệu không đồng bộ, nóđưa khối biến đổi về tr ạng thái gốc (ABCD=0101). Tín hiệu ra HOME chỉthịtr ạng thái này và thường đượ c nhân logic vớ i tín hiệu ra của đầu cảm nhậngóc bằng cơ khí.

Cuối cùng tín hiệu ENABLE đượ c đưa vào khối logic đầu ra. Khi tínhiệu này xuống thấp thì tất cả các tín hiệu ra INH1, INH2, A, B, C và D đềuở mức thấp. ENABLE dùng để cấm bộ công suất cấp điện cho động cơ khi

hệ thống khở i động.6- Điều khiển dòng tảiVi mạch L97 điều khiển dòng tải bằng bộ chopper PWM. Một bộ cho 1

pha của động cơ lưỡng cực hoặc là một bộ cho cặp cuộn dây của động cơ đơn cực(4 pha).

Mỗi bộ chopper đượ c cấu tạo từ một mạch so sánh, mạch lậttr ạng thái(flip-flop) và một điện tr ở cảm biến dòng ở bên ngoài. Bộdao động chung trong chip cung cấp xung tần số chopper cho cả hai bộ



chopper.



Trong mỗi bộ chopper như vậy(xem hình vẽ), mạch flip-flop đượ c Set bở imỗi xung từ bộ dao động, cho phép tín hiệu ra để dòng điện tăng dần. Khidòng điện tăng, điện áp trên điện tr ở cảm cũng tăng. Khi điến áp này đạt đếngiá tr ị Vref thì flip-flop Reset, cấm đầu ra cho đến khi có xung tiếp theo từ bộ

dao động. Tín hiệu ra của mạch điện này là một tín hiệu PWM cótần số không đổi. Giá tr ị Vref xác định dòng tải cực đại.

sơ đồ chứ c năng của bộ t ạo xung chopper đ iều khiển dòng đ iện.

7. Điều khiển dòng tín hiệu pha và bằng tín hiệu INHIBIT.Việc điều khiển dòng điện(chopping) có thể thực hiện hoặc bằng các tín

hiệu pha(ABCD) hoặc bằng các tín hiệu INHIBIT(INH1 và IHN2). Tín hiệuCONTROL(chân 11) đảm nhận việc xác định xác định chopping bằng cách

nào.- Nếu CONTROL=1 thì chopping bằng tín hiệu pha.- Nếu CONTROL=0 thì chopping bằng tín hiệu INHIBIT.Vớ i động cơ bướ c đơn cực ta chọn điều khiển bằng tín hiệu INHIBITl

vớ i động cơ lưỡng cực ta chọn cả hai cách.



Chopping bằng tí n hiệu pha. Dòng đ iện X bị ngắ t bở i BVà tiếp t ục chạ y ttheo vòng Y. N ếu ngắ t bở i A, nó sẽ chạ y theo

Vòng Z và t ăng công suấ t tiêu tán trên RS .

Chopping bằng INHIBIT. Dòng đ iện chạ y qua Q1, cuộn dây và Q4 đượ cngắ t bở i INH1. Dòng đ iện dư chạ y qua D2 và D3 .

ỨNG DỤNG



PHẦN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG L297 VÀ L298 ĐIỀUKHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC LƯỠNG CỰC :

Mạch điều khiển động cơ bướ c bao gồm :- L297 điều khiển mạch cầu L297.- L298 mạch cầu công suất kép cung cấp tín hiệu cho các điều khiển

động cơ bướ c.

Sơ đồ mạch như sau:

sơ đồ đấu nố i L297 và L298 để đ iều khiển động cơ bướ c l ưỡng cự c vớ i dòng đ iện cự c đại 2A

Thuyết minh nguyên lý làm việc của mạch.Mạch điện sử dụng thêm mạch cầu ngoài cung cấp tín hiều cho các cuộn

dây của mạch điều khiển sử dung 8 điốt tác động nhanh.Mạch điện sủ dụng các điện tr ở R

S1và R

S2có chức năng là điện tr ở cảm

biến dòng điện. Khi dòng điện lớn chạy qua R S sinh ra điện áp lớn hơn điệnVref thì fli p-flop bên trong L297 sẽ Reset, cấm đầu ra cho đến khi có xung tiếtheo từ bộ dao động. Bộ dao động RC cấp xung cho flip-flop thông qua chân16(L297).

L297 có đầu vào gồm:- Tín hiệu điều khiển đảo chiều quay: chân 17(CW/ CCW ).



- tín hiệu Clock là tín hiệu điều khiển việc cấp xung cho cuộn dây. mỗikhi xuát hiện tín hiệu này thí tr ạng thái của cuộn dây sẽ thay đổi- chân 18Clock

- Tín hiệu điều khiển chế độ hoạt động của động cơ : cả bướ c hay nửa

bướ c (HALF/ FULL

) chân 19.- tín hiệu Reset đưa khối biến đổi về tr ạng thái gốc (0101).- tín hiệu ENABLE, tín hiệu này ở mức thấp thì tất cả các tín hiệu raINH1, INH2, A, B, C và D ơ mức thấp. ENABLE dùng để cấm bộ côngsuất cấp điện cho động cơ khi khở i động.- Vref đượ c nối vớ i nguồn 5(V) tạo tín hiệu so sánh.

L298 có 4 đầu ra cặp chân số (2 ,3) và cặp chân số (13,14) chúng sẽcấp tín hiệu cho cuộn dây động cơ bướ c.Mạch thiết kế theo nguyên tắc điều khiển Dòng-Áp bằng độ rộng xung.

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Ở CHẾ ĐỘ NỬA BƯỚC.Khi thực chế độ nửa bướ c (HALF=1) tín hiệu đầu ra ở trên L297 và thì

điện áp xuất hiện trên các cuộn dây động cơ bướ c như sau:

Dạng đ iện áp trên các cuộn dây của động cơ bươ c khi hoạt động chế độ nửa bươ c khi không ở trang thái chopping.



Khi ở dạng chopping thì dạng điện áp và dòng điện ở mỗi cuộn pha ở chếđộ nưa bướ c có dạng như sau:

Dạng dòng đ iện và đ iện áp pha A khi chopping.

N h ận xét: Mỗi lần pha A xuất hiện tín hiệu thì động cơ sẽ dịchchuyểnđượ c ba bướ c.

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ CHẾ ĐỘ CẢ BƯỚC :Khi đó chân HALF/fULL=0; dạng tín hiệu đầu ra ở L297 và điện áp trên

các cuộn dây khi không có chopping có dạng như sau:



Dạng đ iện áp ở chế độ cả bướ c khi không cóchopping của các cuộn dây.

Tín hiệu dòng điện và điện áp xuất hiện trên pha A có dạng như sau

Tín hiệu đ iện áp và dòng đ iện pha A khi co chopping. N h ận xét : Vớ i mỗi tín hiệu phát ra ở xung A thì động cơ sẽ dịch chuyểnđượ c một gớ c bướ c.



PHỤ LỤCTrang

LỜI NÓI ĐẦU 1PHẦN I: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ CNC. 2PHẦN II: GIỚI THIỆUC CNC CYBER-MILL. 6PHẦN III: GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC. 8PHẦN IV :GIỚI THIỆU VỀ VI MẠCH L297 VÀ L298 VÀ MẠCH ĐIỀUKHIỂN ĐỘNG CƠ BỨƠC. 20

Documents

Bao Cao Thuc Tap Tot Nghie Cnc 9881