báo cáo thực tập tổng quan về cnc và vi mạch Điều khiển

8/19/2019 Báo Cáo Thực Tập Tổng Quan Về CNC Và Vi Mạch Điều Khiển

1/32

Báo cáo th ực tập T ổng quan về CNC và vi m ạch

điều khiển


2/32

BÁO CÁO THỰ C TẬP TÔT NGHIỆP

- 1 -

PH ẦN I

TỔNG QUAN CNC1.1) KHÁI NIỆ N 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 chươ ng trìnhđã

đượ c lậ p trình sẳn để gia công các chi tiết.Các chươ ng trình gia côngđượ c đọc cùng một lúc vàđượ c lưu tr ữ vào

bộ nhớ . Khi gia công, Máy tínhđưa ra các lệnh điều khiển máy, Máy côngcụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng như: nội suyđườ ng thẳng, nộisuy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất k ỳ mặt bậc ba nà.Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài vàđườ ng kính dụng cụ. Tất cả

các chức năng trênđều đượ c thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính.1.2)ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC CỦA MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂ N CNC.Đặc điểm của cácđộng cơ truyền độngTruyền động chính:

Động cơ chính thườ ng dùngđộng cơ dòng một chiều hoặc dòng điệnxoay chiều.

Truyền động chạy dao:Động cơ dòngđiện một chiều và dòngđiện xoay chiều vớ i bộ vitme/đai

ốc/ bi cho từng tr ục, chạy daođộc lậ p X, Y, Z.Thườ ng sử dụng động cơ dòng một chiều cóđặc tínhđộng học tốt cho cácquá trình gia tốc và quá trình phanh hãm, mômen quán tính nhỏ, độ chínhxácđiều chỉnh cao cho những đoạn đườ ng 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 khôngđượ c phép có khe hở vàcũng khôngđượ c phép có hiệu ứng stick-slip(hiện tượ ng tr ượ t lùi do lực cảnma sát). Bộ vítme/đaiốc/ bi là giải pháp k ỹ thuật đảm bảo đượ c yêu cầu đó.Phươ ng thức tác dụng của vítme/đaiốc/ bi:

Các viên bi nằm trong rãnh vítme vàđai ốc đảm bảo truyền lực ít ma sáttừ tr ục vítme quađai ốc vào bàn máy. nhờ hai nửa đai ốc lắ p theo chiều dàigiữa chúng có vòng cách, có thể điều chỉnh khử khe hở theo hai chiều đốingượ c.

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


3/32


- 2 -

Việc dẫn bi hồi rãnh đượ c thực hiện nhờ các rãnh dẫn hướ ng bố trí bêntrong hoặc cácống dẫn hồi bi bao ngoài tr ục.

Truyền dẫn chạy dao không khe hở trên các máy phay CNC cho phépcắt theo chu k ỳ phay thuận mà vẫn êm.1.3 ) HỆ TOẠ SỬ DỤ NG TRONG MÁY CNC1.3.1 hệ toạ độ vuông góc

Các điểm mà dao cắt đi tớ i trong khi gia côngđượ c xác định trong mộtchươ ng trình.Để mô tả vị trí của cácđiểm này trong vùng làm việc, ta dùngmột hệ toạ độ. Nó bao gồm ba tr ục 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 k ỳ điểm nào cũng đượ c xácđịnh thông

qua các toạ độ của nó. Hệ toạ độ máy do nhà chế tạo máy xácđinh, thôngthườ ng nó không thể bị thayđổi.

Tr ục X là tr ục chính trong mặt phẳng định vị. Trên máy phay nó nằm songsong vớ i bàn máy(bàn k ẹ p chi tiết).Tr ục Y là tr ục thứ hai trong mặt phẳng định vị. Nó nằm trên mặt nắ p máyvà vuông góc vớ i bàn máy.

Tr ục Z luôn luôn trùng vớ i tr ục truyền động chính. Tr ục nàyđượ c nhà chế tạo xác định. Chiều dươ ng của tr ục Z chạy từ chi tiết hướ ng đến dao cắt.Điều đó có ngh ĩ a là trong chuyển động theo chiều âm của tr ục Z, dao cắt sẽ đi 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 lậ p trình ta phải

luôn luôn xuất phát từ chổ xácđịnh chi tiết đứng yên còn dao cắt thì chuyểnđộng.Điều đó có ngh ĩ a là :Khi cắt phay, rõ ràng chi tiết chuyển động là chính, nhưng để đơ n giản cho

việc lậ p trình hãy quan niệm là chi tiết đứng yên còn dao cắt thì dịch chuyển.Ta gọi đó là chuyển động tươ ng đối của dao cụ.

Để mô tả đườ ng 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, tađưa ra các khoảng cáchđo song songvớ i các tr ục từ một điểm tớ i một điểm khác.


4/32


- 3 -

Các khoảng cách theo chiều dươ ng của tr ục có kèm theo dấu dươ ng(+) 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 ra theo hai phươ ng thức:

Đo tuyệt đối :Vớ i các số đo tuyệt đối, ta đưa ra toạ độ của các điểm đích tính từ mộtđiểm cố định trong vùng làm việc. Ngh ĩ a là trong mỗi chuyển động đều xácđịnh, dao cắt phải dịch chuyển đến đâu k ể từ một điểm gốc 0 tuyệt đối.

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

tính từ mỗi điểm dừng lại của dao cắt sau một vệt cắt. Ngh ĩ a là trong mỗichuyến đều đưa ra số liệu dao cần đượ c dịch chuyển tiế p một lượ ng là baonhiêu nữa theo từng tr ục toạ độ.1.3.1.2 Dùng toạ độ cựcKhi 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 một

hệ toạ độ cực có ba mặt phẳng chính. Từ ba tr ục X, Y và Z của hệ thống sẽ có ba bề mặt k ẹ p, đó là : mặt X/Y; mặt X/Z và mặt Y/Z1.3.2 Những điểm quan tr ọng trong một hệ toạ độ

Điểm chuẩn của máy M: làđiểm gốc M của hệ toạ độ máy

Điểm W chi tiết: làđiểm gốc 0 của hệ toạ độ chi tiết, nóđựoc giữ cố định cho một chi tiết.Điểm chuẩn của dao P: làđiểm gôc của hệ toạ độ gắn trên dao cắt.Điểm 0 lậ p trình: làđiểm gốc 0, từ đó xácđịnh các dữ liệu cậ p nhậ p

trong một chươ ng trình.Điểm này có thể thayđổithông qua lệnh chuyển điểm 0.


5/32


- 4 -

1.4) QUAN HỆ GIỮ A CÁC TR ỤC TOẠ ĐỘ:Khi gia công trên các máy CNC ngườ i ta có thể chia các hệ tr ục toạ độ 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 cóđiểm gốc M ta có thể biểu diễn đượ c hệ toạ 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 trên chitiết cần gia công cũng như vị tr ị daođể gia công chi tiết.1.5 ) CÁC DẠ NGĐIỀU KHIỂ N CỦA MÁY CÔNG CỤ CNC.

Các máy CNC khác nhau có khả năng gia côngđượ c các bề mặt khácnhau như các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình, .v.v… Dođó các dạng điềukhiển của máy cũng đượ c chia ra thành:điều khiển điểm- điểm, điều khiểntheođườ ng thẳng vàđiều khiển theo biên dạng.

a) điều khiển điểm-điểm: dùng gia công cắc lỗ bằng các phươ ng phápkhoan, khoét, doa và cắt ren.ở đây chi tiết gia côngđượ c gá cố định trên bànmáy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanhđến các vị trí đã lậ p trình. Khiđạt tớ i đích dao bắt đầu gia công. truờ ng hợ p này quỹ đạo của chuyển độngdao là không quan tr ọng, điều quan tr ọng là vị trí gia côngđạt đến phảichính xác.

b) Điều khiển theođườ ng thẳng.Điều khiển đườ ng thẳng là dạng điều khiển khi gia công dụng cụ cắt thực

hiện lượ ng chạy dao theo một đườ ng thẳng nàođó. Khi thực hiện gia côngcác chuyển động theo các tr ục toạ độ là độc lậ p không có quan hệ r ằng 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 tr ườ ng hợ p 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.


6/32


- 5 -

PHẦ N 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 phayđườ ng kính dao 3mm.Chuyển động ăn dao:


7/32


- 6 -

Chuyển động ăn daođượ c thực hiện nhờ ba động cơ bướ c hoạt động độclậ p 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/đaiốc.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 r ăng trên Vitme là 3mm/r ăngĐộ r ộng mỗi r ăng là 1mm.đườ ng kính Vitme la 12mm.Không gian làm việc : 20x40( mm x mm).

Đầu Vitmeđượ 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 chitiết.Đầu còn lại của Vitmeđượ c gá vào khungđỡ .ở giữa của Vitmeđựơ c gá vàođaiốc 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 nàođó củavật mang chi tiết thì số vòng quay phải thực hiện sẽ là L/3.Khiđó số xung cân cấ p chođộng cơ bứơ c sẽ là 200 .L/3.

Việc tính toánđiều 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 k ế như phần IV dướ i đây.


8/32


- 7 -

PH ẦN III

ĐỘNG C Ơ BƯỚ CI. GIỚI THIỆU ĐỘ NG CƠ BƯỚC

1. KHÁI QUÁT VỀ ĐỘ NG CƠ BƯỚCCác hệ truyền động r ờ i r ạc thườ ng đượ c thực hiện nhờ động cơ

chấ p hànhđặc biệt gọi làđộng cơ bướ c.Động cơ bướ c thực chất là một động cơ đồng bộ dùngđể biến đổi các

tín hiệu điều khiển dướ i dạng các xungđiện r ờ i r ạc k ế tiế p 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 tươ ngứng vớ i số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của tôto, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi vàtần số chuyển đổi. Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stato(phầnứng) của động cơ bướ c thì rôto(phần cảm) của động cơ sẽ quay đi mộtgóc nhất định, gócấy là một bướ c quay của động cơ . Khi các xungđiệnáp đặt vào các cuộn dây phần ứng thayđổi liên tục thì rôto sẽ quay liêntục.(Thực chất là chuyển động đó vẫn là theo các bướ c r ờ i r ạc).

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

Trong khiđộng cơ một chiều không tiế p xúc có rôto thườ ng là một namchâm v ĩ nh cửu(số đôi cực 2p=2) và cần có cảm biến vị trí rôto thìđộngcơ bướ c có rôto dạng cực lồi gồm nhiều r ăng cáchđều cấu thành các cặ pnam châm N-S xen k ẽ nhauđể tạo ra số cặ p cực 2p lớ n hơ n và không cần


9/32


- 8 -

phải có bộ cảm biến vị trí rôto.Động cơ bướ c vì từ tr ườ ng quay khôngliên tục do các xungđiện cấ p vào r ờ i r ạc nên rôto quay theo các bướ c.

Cũng giống như động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ, động cơ bướ c có các bối dây tạo thành các pha trên stato,đồng thờ i trên cả rôto vàstato đều có các r ăng để tạo thành các cặ p cực và các nam châmđiện. Nhưng động cơ đồng bộ gảim tốc có các cuộn kích thích và cần phải códòng điện kích thíchđể khở i động, cònđộng cơ bướ c không cần yếu tố này. Mặt khác

Có thể cóiđộng cơ bướ c là linh kiện số màở đó các thông tin số hoáđãthiết lậ p 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 s ố hoá động cơ bướ c.

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

động bằng phươ ng pháp tần số. Rôto của động cơ bướ c có thể đượ c kíchthích(rôto tích cực) hoặc khôngđượ c kích thích(rôto thụ động).

Xungđiện áp cấ p cho m cuộn dây stato có thể là xung một cực hoặc xung2 cực

Chuyển mạch điện tử có thể cung cấ p điện ápđiều khiển cho các cuộn dâystato theo từng cuộn dây riêng lẽ hoặc theo từng nhóm các cuộn dây. Tr ị số và chiều của lực điện từ tổng F của động cơ và dođó vị trí của rôto trongkhông gian hoàn toàn phụ thuộc voà phươ ng pháp cung cấ p điện cho cáccuộn dây.

Thực tế để tăng cườ ng lực điện từ tổng của stato và dođó tăng từ thôngvà mômenđồng bộ, ngườ i ta thườ ng cấ p điện đồng thờ i cho hai,ba hoặcnhiều cuộn dây. Lúcđó 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 lớ n hơ n lực điện từ thành phần của các cuộn dây stato.


10/32


- 9 -

Khi cấ p 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 tiế pcủa rôto bằng 2π /m - Tr ườ ng hợ p này gọi là điều khiển cả bướ c hay điềukhiển đối xứng.

Nếu cấ p điện theo thứ tự một số chẵn cuộn dây, r ồi một số lẻ cuộn dây,có ngh ĩ a là số lượ ng cuộn dây đượ c điều khiển luôn luôn thayđổi từ chẵnsang lẻ và từ lẻ sang chẵn thì số vị trí cân bằng của rôto sẽ tăng lên gấ p đôilà 2m.độ lớ n của một bướ c sẽ giảm đi một nửa bằng 2π/2m – Tr ườ ng hợ pnày gọi làđiều khiển nửa bướ c hayđiều khiển khôngđối xứng.

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

Trongđó: p: số đôi cực của rôto;m: số cuộn dâyđiều khiển trên stato(số pha);n1: hệ số, n1 =1ứng vớ i điều khiển đối xứng;

n2=2ứng 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 làα =3600/K.

3.) mômenđồng bộ và tr ạng tháiổn định của động cơ bướ c.Biểu thức mômenđồng bộ t ĩ nh của động cơ bướ c khác vớ i biểu thức

mômenđồng bộ của động cơ đồng bộ thườ ng có cùng cấu trúc. Sự khác

nhau đó là dođộng cơ bướ c đượ c cấ p bở i dòngđiện một chiều, chứ không phải dòngđiện xoay chiều.Trongđộng cơ đượ c cấ p bở i nguồn một chiều, sau quá trình quáđộ, dòng

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

Từ thông mà nó sinh ra tácđộng vào cặ p cực của rôto:φ=B.S.cosα =B.S.sinθ

trongđó:B là cườ ng độ từ tr ườ ng do dòngđiện I sinh ra trong cuộn dây cóđiện

cảm L;S là tiết diện vuông gốc của cặ p cực;α là góc giữa tr ục cặ p cực vớ i tr ục của cuộn dây pha;θ là góc giữa tr ục cặ p cực và đườ ng vuông góc vớ i tr ục của cuộn dây

pha;


11/32


- 10 -

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

φ=L.I (L làđiện cảm).

Do sự thay đổi của góc φ cùng vớ i sự thay đổi của khe hở không khí giữacác r ăng của stato và rôto làm chođiện cảm L thayđổi theo dẫn đến từ thôngφ và dođó mômen của động cơ thayđổi.

Mômenđồng bộ t ĩ nh của động cơ bướ c khi stato và rôto có r ăng vàđượ 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)Trongđó: IS, IR , LS(θ), LR (θ), LSR (θ) là các giá tr ị xác lậ p tươ ngứng 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 đườ ng đi của từ thông statođượ c kích thích bở i dòngđiện IS.MR đượ c hình thành do sự thayđổi từ dẫn trênđườ ng đi của từ thông rôto

đượ c kích thích bở i dòngđiện IR .MSR đượ c hình thành do sự thayđổi hỗ cảm giữa stato và rôtođượ c kích

thích bở i dòngđiện IS và IR .Hiện nay, phần lớ n cácđộng cơ bướ c đều có cấu tạo rôto không có cuộn

kích thích. Dođó biểu thức mômen có dạng đơ n giản sau:M(θ)=CM.IS.(dLS/dθ).

Quan hệ giữa mômen vớ i góc quayθ thườ ng là không hình sin doảnhhưở ng của cấu trúc r ăng và cấu trúc cực lồi của stato và rôto, cũng như doxungđiện áp cấ p vào có dạng xung vuông là tổng của các thành phần điềuhoà.

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

π đườ ng cong mômen c ủa động cơ bướ c theo g ố c quay θ


12/32


- 11 -

Chất lượ ng của động cơ bướ c đượ c đánh giá bở i độ dốc của đườ ng congmômenđồng bộ M=f(θ), đặc biệt là ở đầu của vùng làm việc thuộc đườ ngcong này. Độ dốc của đườ ng M=f(θ) trong vùng này càng lớ n thì suất

mômen dM/dθ càng lớ n và khả năng đồng bộ của đồng bộ của động cơ bướ ccàng lớ n.Giả sử tại một vị trí nhất định, rôto mang một mômen tải(mômen cản) MC.

Để giữ đượ c rôtoở vị trí này ta phải cấ p dòngđiện cho cuộn dây stato tại vị trí đó và do gócα =0 nên M=Mmax. Điều kiện để giữ đượ c rôto không tr ượ tkhỏi vị trí là:

MC


13/32


- 12 -

Ngườ i ta thườ ng chế tạo các động cơ bướ c có các bướ c trong khoảng từ 0,450÷150 tuỳ theo mục đích sử dụng. Trongđó thông dụng nhất trên thị tr ườ ng 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 rôtođượ c kích thích(có dây quấn kích thích hoặckích thích bằng nam châm v ĩ nh cửu).- Động cơ bướ c có rôto không kích thích(động cơ kiểu cảmứng và

động cơ kiểu phản kháng).- Động cơ bướ c kiểu hỗn hợ p, k ết hợ p cả hai loại trên.

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂ N ĐỘ NG 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 cuộndây 1 và 2 khiđượ c cấ p dòngđiện đơ n cực và véctơ lực điện từ tổng F

Trongđó :F1: lực điện từ tácđộng lên rôto khi cuộn dây 1đượ c kích thích;

F2: lực điện từ tácđộng lên rôto khi cuộn dây 2đượ 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 từ tổng F sẽ có hướ ng thayđổi trong khoảng góc bướ c α (Từ cạnh OAđến cạnhOB của tam giác OAB) và dođó vị trí của rôto thayđổi đượ c và có thể cố định vào vị trí bất k ỳ trong khoảng góc bướ cα

Gọi β là góc vi bướ c tạo bở i vectơ F1 và F2, áp dụng tính chất của hình bình hành(OACB) và các hệ thức lượ ng trong tam giác cho các tam giácOAB, 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


14/32


- 13 -

cosβ=α

α

cos....2cos

22 OBOAOBOA

OBOA

++

+

cosβ=α

α

cos...2cos

212

22

1

21

F F F F

F F

++

+

a, điều khiển động cơ cả bướ c- Đầu tiên cho F2=0 và F1=F, cosβ=F/F=1 nên gócβ=0, rôtoở vị trítr ục cuộn dây 1.- Sauđó cho F1=0 và F2=F, cosβ=cosα hayβ=α , Rôtoở vị trí tr ụccuộn dây 2.

b, Điều khiển nửa bướ c- Đâu tiên cho F2=0 và F1=F, rôtoở vị trí tr ục cuộn dây 1.- Tiế p theo cho F1=F2=F,

cosβ=)cos1(2

cos1

α

α

+

+ =)2/(cos4

)2/(cos2

2

2

α

α

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

Trong tr ườ ng hợ p 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 và

lực 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 phươ ng trình (11)để tìm F1 và F2 ứngvớ i các góc quayβ=θ , 2θ , 3θ, ... , nθ . Phươ ng trình (11) là một phươ ng trình bậc 2 vớ i haiẩn số, về nguyên tắc là không giải đượ c. Nhưng vớ i điều kiện bên nhất định phươ ng trình(11) sẽ giải đượ c.

2, Cácđặc 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 r ờ i r ạc k ế

tiế p nhau. Việc điều khiển động cơ bướ c phụ thuộc vào các tham số sau củaxungđiều khiển:

- Dòngđiện I, k ể cả cực tính (và liên hệ mật thiết vớ i nó là mức điệnáp U).

- Độ r ộng xung(liên quanđến khả năng dịch bướ c).- Tần số xung(liên quanđến tốc độ quay).- Cách thức cấ p xung, bao gồm thứ tự và số lượ ng cuộn dây pha

đượ c cấ p(liên quanđến chiều quay và mômen tải).Tuỳ thuộc vào việc cấ p xungđiện, động cơ bướ c có bốn tr ạng thái sauđây:


15/32


- 14 -

a, Tr ạng thái không hoạt động: Khi không có cuộn dây nàođượ c cấ p điện:- Đối vớ i động cơ phản kháng: rôto sẽ quay tr ơ n.- Đối vớ i động cơ nam châm v ĩ nh cửu và động cơ kiểu hổn hợ p: có

mômen hãm, rôto có xu hướ ng dừngở các vị trí màđườ ng khép kín từ thônggiữa các cực của rôto và stato là nhỏ nhất.

b, Tr ạng thái giữ: Khi một số cuộn dây phađượ c cấ p điện một chiều.Rôto mang tải sẽ đượ c giữ chặt ở vị trí góc bướ c nhất định do lực điện từ tổng F sinh ra mômen giữ.

c, Tr ạng thái dịch chuyển bướ c: rôto sẽ dịch chuyển từ vị trí bướ cđangđượ c giữ sang vị trí bướ c tiế p theo khi các cuộn dây phađượ c cấ p dòng phù hợ p.

d, Tr ạng thái quay quá giớ i hạn: trong chế độ không tải, nếu xungđiềukhiển có tần số quá cao,động cơ sẽ quay vượ t tốc.Ở tr ạng thái nàyđộng cơ không thể đảo chiều, không thể dừng đúng vị trí, nhưng vẫn có thể tăng vàgiảm tốc từ từ. muốn dừng vàđảo 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 làđượ c coi là tr ạng thái làm việc.

3) GIỚI THIỆU BA KIỂU ĐIỀU KHIỂ N DÒNGĐIỆ N I VÀĐIỆ N ÁP U3.1. mối quan hệ giữa dòngđiện I vàđiện áp UTrong số liệu k ỹ thuật của động cơ bướ c ta chú ýđến 4 tham số quan

tr ọng sau:- Điện áp danhđịnh U;- Dòngđiện danhđịnh I;- Điện tr ở cuộn dây pha R;- Điện cảm cuộn dây pha L;

Sơ đồ cấ p điện đơ n giản cho 1 cuộn dây pha như sau:

VCC: điện áp nguồn cấ p;


16/32


- 15 -

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

Tr ạng thái giữ, khoá Kđóng liên tục, ngườ i ta thườ ng cấ p dòngđiện I

hoặc điện áp U bằng khoảng 65%÷100% giá tr ị danhđịnh.Vì là dòng một chiều nênở chế độ giữ, điện cảm L không làm sụt áp,ta có phươ ng trình:

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

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

tiế p R S.Muốn cho động cơ quay một bướ c thì phải ngắt dòng điện cuộnthư i (mở K I) vàđống khoá K J cho dòngđiện đi vào cuộn dây thứ j. Giả thiết

r ằng các khoáđiện 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 điện

động và năng lượ ng từ tr ườ ng Li2/2 sẽ đượ c giải phóng quađiốt DTại cuộn dây thứ j ta có phươ ng trình : VCC= E+L.(di/dt)+i.r;

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

i: dòngđiện tức thờ i trong cuộn dây;E: suất điện động quay, cảm ứng trong cuộn dây stato bở i từ tr ườ ng của nam châm v ĩ nh cửu của rôto, chỉ tồn tại khi rôtođang quaytừ vị trí thứ i sang vị trí thứ j, khi rôtođứng yênở tr ạng thái giữ thìE=0;

i=(VCC-E)/r.(1-et/T)Giải phươ ng trình vi phân trên tađượ c biểu thức cho dòngđiện:

Trongđó: T=L/r- hằng số thờ i gian. Như vậy là dòngđiện không xác lậ p ngay lậ p tức mà tăng lên từ từ:

- Khi bắt đầu khở i động (E=0), dòngđiện tăng vớ i hệ số góc VCC/L,- Sauđiểm khở i động, dòngđiện tăng vớ i hệ số góc (VCC-E)/L chođến khi rôto dừngở vị trí mớ i, lúcđó dòngđiện đạt tớ i giá tr ị I0.- Sau khi rôto dừngở vị trí mớ i,dòngđiện tiế p tục tăng vớ i hệ số góc

VCC/L đến giá tr ị xác lậ p VCC/r.Đặc tuyến thờ i gian(và góc) của dòngđiện statođượ c biểu diễn trên hình

sau:


17/32


- 16 -

Từ các k ết quả trên rút ra những nhận xét quan tr ọng sau:a, phải thiết k ế sao cho dòngđiện xác lậ p không vượ t quá dòngđiện tối

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

b, Nếu sau khoảng thờ i gian t1, rôto quay xong góc bướ c θ , ta lại chuyểnmạch để rôto quay bướ c tiế p theo thì dòngđiện không bao giờ đạt tớ i giá tr ị xác lậ p. Điều đó giải thích tại sao khi quay vớ i tốc độ lớ n dòngđiện cấ p chođộng cơ lại nhỏ.

c, Nếu tăng tỷ số VCC/r thì thờ i gianđể động cơ quay một bướ c (t1) sẽ nhỏ đi do dòngđiện đạt đến giá tr ị I0 nhanh hơ n. Điều đó giải thích tại saomuốn cho động cơ quay nhanh thì phải cấ p điện áp cao. (Điện áp này lớ ngấ p nhiều lần điện áp danhđịnh U của động cơ , cho theo Catalog).d, Nếu dòngđiện chưa đạt đến giá tr ị I0 khi t


18/32


- 17 -

Muốn chođộng cơ quay vớ i tốc độ cao thì phải chọn VCC lớ n, trên thực tế là bằng 7÷15 lần điện ápđịnh mức U. Dođó khiở chế độ giữ, công suất tiêután trênđiện tr ở nối tiế p R S r ất lớ n:

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

Công suất tổn hao này một mặt lãng phí, mặt khác có thể làm nóng vàcháyđiện tr ở nối tiế p R S.3.3. Điều khiển dòng-áp bằng độ r ộng xung:

Xuất phát từ nhận xét d, bản chất của kiểu điều khiển này như sau:- Ở chế độ dịch bướ c,cuộn dây phađượ c cấ p một xung cóđộ r ộng

sao cho rôto có thể dịch đượ c bướ c, ngh ĩ a là dòng iđạt đến mức I0


19/32


- 18 -

Kiểu điều khiển này có một số nhượ c điểm sau:- Mạch điều khiển phức tạ p vàđòi hỏi transisto làm nhiệm vụ khoá

điện tử phải có tốc độ đóng cắt nhanh, công suất lớ n.- Trong thờ i gian giữ, từ tr ườ ng thayđổi liên tục làm nóngđộng cơ ;

đồng thờ i transistođóng cắt cũng liên tục phải chịu các xungđiện áp thậnnghịch khá cao nênở mức độ nàođó cũng bị nóng.

- Không áp dụng cho chế độ vi bướ c.- các xungđiện áp cao và tần số cao cùng vớ i từ tr ườ ng thayđổi liên

tục gây nhiễu radio và nhiễu điện từ tr ườ ng, 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:- Khiở chế độ giữ, ta cấ p cho cuộn dây pha một điện áp thấ p, đúng

bằng điện áp danhđịnh U, và dođó dòngđiện cũng đạt tớ i danhđịnh nhưngkhông có công suất tiêu tán trên nguồn

- Khiở chế độ dịch bướ c, đồng thờ i vớ i việc cấ p xungđiều khiển, tacấ p cho cuộn dây pha một điện áp VCC r ất cao vàđo dòngđiện trong cuộndây. Khi dòngđiện đạt đến giá tr ị đủ để động cơ quay một bướ c, ta ngắt điệnáp cao vàđưa điện áp thấ p vào.

Giản đồ xung đ iề u khiể n đ iện áp 2 m ứ c

Tại thờ i điểm t0 khi cuộn dây phađượ c cấ p dòngđể chuyển bướ c, xung XC cũng lên 1để cấ p điện áp cao VCC bằng bóng bán dẫn T1. Lúcđó điot D tự


20/32


- 19 -

động khoá nguồn U do có phân cực ngượ c(VCC>U). Dòngđiện bắt đầu tăngdần chođến khi:

i.R S=Imax.R S=USthì bộ so sánh C1 xuất ra xung XRS xóa tín hiệu XC, T1 ngắt điện áp cao VCC ra khỏi mạch, lấ p tức điôt Dđóng nguồn thấ p Uđể duy trì tr ạng thái giữ củarôto. Xungđiều khiển Xđk vẫn đượ c duy trì chođến khi việc điều khiển đượ cchuyển sang cấ p điện cho pha khác và không cấ p điện cho pha nay

PHẦ N IVGIỚI THIỆU VI MẠCHĐIỀU KHIỂ N ĐỘ NG 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 hợ p tắt cả các mạch điện tử cần thiết để điều khiểnđộng cơ bướ c lưỡ ng cực và đơ n 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 vàđộng cơ kiễu lưỡ ng cực. Động cơ bướ c kiểu đơ n cực cũng có thể điều khiển đượ c bằng L297 cộng 4 cụm công xuất mắc theo kiểu Đalingtơ n.

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

L297 nhận tín hiệu điều khiển từ hệ thống điều khiển, thườ ng là chipvi xử lý trung tâm và tạo ra tất cả các dạng xungđiều khiển cho tầng côngsuất. Hơ n thế nữa, nó bao hàm hai bộ chopperđiều khiển độ r ộng xungPWMđể điều khiển dòngđiện trong các cuộn dây pha.

Vớ i việc hạn chế công suất phù hợ p, L297điều khiển đượ c động cơ nam châm v ĩ nh cửa 2 pha,động cơ nam châm v ĩ nh cửu 4 pha vàđộng cơ cótừ tr ở thayđổi 4 pha. Ngoài ra, nó có thể điều khiển ở cả hy chế độ cả bướ chay nửa bướ c.

CÁCƯ U ĐIỂM


21/32


- 20 -

Vi mạch L297 cộng vớ i mạch công suất L298 có nhiều ưu điểm: cầnít linh kiện, yêu cầu phần mềm r ất đơ n giản nên giảm tải cho bộ vi xử lý.Thêm vàođó, việc lựa chọn cặ p vị mạch đồng bộ (L297 và L298) cóđộ linhhoạt nhất định. Bản thân L298 có thể sử dụng riêng chođồng cơ một chiều,còn L297 có thể sử dụng cho bất k ỳ tầng công suất nào k ể cả linh kiện r ờ i.

Đối vớ i động cơ lưỡ ng cực có dòngđiện pha không quá 2A thì nên sử dụng L297đồng bộ vớ i L298; nếu dòngđiện dướ i 1A thì tốt hơ n hết là sử dụng L293E. khi dòngđiện lớ n hơ n thì sử dụng bóng bán dẫn công suấthoặc cặ p Đalinhtơ n.

Vi mạch L297đượ c chế tạo bỡ i hãng SGS bằng công nghệ I2L phùhợ p dạng thức Analog/Digital vàđóng vỏ nhựa dạng DIP dạng 20 chân. Vimạch sử dụng nguồn 5V và cácđầu ra thích hợ p chuẩn TTL/CMOS hoặckiểu bóng bán dẫn collector hở .

S ơ đồ d ạng Dip 20 chân và ch ứ 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 vàođó, các cựcEmitter của các bóng công suất dướ i đượ c đưa ra ngoài cho phépđấu điệntr ở cảm biến dòngđiện R SA và R SB.


22/32


- 21 -

S ơ đồ nguyên lý m ạch của L298.

Vớ i L298N, SGSđã sử dụng công nghệ cấy ionở điện áp và dòngđiện cao nên cho phép nó có công suất hiệu dụng đến 160W(46V/2A). Vimạch cần một nguồn 5V riêng biệt để giảm công suất tiêu tán và cho phépnối thẳng vớ i L297 hoặc các tín hiệu logicđiều khiển khác.

3- Thiết lậ p 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 nàyđượ c điều khiển bở i ba tín hiệu vào:Chiều quay(CW/CCW), (HALF/FULL) và một xung dịch bướ c, xung nàygiúp cho khối biến đổi dịch chuyển từ bướ c hiện thờ i sang bướ c tiế p theo.

Bốn tín hiệu ra từ bộ biến đổi đến bộ logicđầu rađể tạo ra các tín hiềuđiều khiển, trongđó có cả tín hiều thực hiện chức năng cấm và chopper.


23/32


- 22 -

S ơ đồ khố i của vi mạch L297, bao g ồm một bộ biế n đổ i (TRANSLATOR), m ột bộ t ạo xung

chopper kép PWM và b ộ logic đ iề u khiể n đầu raVề chức năng bên trong thì khối biến đổi gồm bộ đếm 3 bit và một số

mạch logic tổ hợ p để tạo ra tậ p hợ p mã Gờ rây cho 8 bướ c cơ bản như hìnhsau:

Tám tr ạng thái logic c ơ bản của bộ TRANSLATOR. Các tr ạng thái ở đ ây là cho ch ế độ đ iề u khiể n nử a bướ c, quay thu ận 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 tiế p cho chế độ 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 khôngở tr ạng thái chopping


24/32


- 23 -

Dạng xung ra cho ch ế độ đ iề u khiể n nử a bướ c khi không ở tr ạng tháichopping.

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

Các tr ạng thái và xung ra khi c ấ p dòng đ iện đồng th ờ i cho 2 pha ở chế độ cả bướ c. Các tín hi ệu INH1 và INH2 đề u cao.


25/32


- 24 -

Các tr ạng thái và d ạng xung ra khi ch ỉ cấ p dòngđ 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 nàyđượ c tạo ra để nối ghép vớ i tín hiệu cho phép của vi mạch L298 nhằm tăng tốc dòngđiệndư khi các cuộn dây pha ngắt.Vì cả hai cuộn dâyđều đượ c cấ p điện thườ ng xuyên trong chế độ cả bướ c 2

pha, không cuộn nào ngắt điện nên lúcđó không cần tạo ra tin hiệu này.Hai tín hiệu INH1 và INH2đượ c tạo ra bở i hàm:

INH1=A+BINH2=C+D

5. Các tín hiệ

u 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 khôngđồng bộ, nó đưakhối biến đổi về tr ạng thái gốc (ABCD=0101). Tín hiệu ra HOME chỉ thị tr ạng thái này và thườ ng đượ c nhân logic vớ i tín hiệu ra của đầu cảm nhậngóc bằng cơ khí.

Cuối cùng tín hiệu ENABLEđượ c đưa vào khối logicđầu ra. Khi tínhiệu này xuống thấ p thì tất cả các tín hiệu ra INH1, INH2, A, B, C và Dđềuở mức thấ p. ENABLE dùngđể cấm bộ công suất cấ p điện chođộng cơ khihệ thống khở i động.

6- Điều khiển dòng tảiVi mạch L97điều khiển dòng tải bằng bộ chopper PWM. Một bộ cho 1 pha của động cơ lưỡ ng cực hoặc là một bộ cho cặ p cuộn dây của động cơ đơ n cực(4 pha).

Mỗi bộ chopper đượ c cấu tạo từ một mạch so sánh, mạch lật tr ạngthái(flip-flop) và một điện tr ở cảm biến dòngở bên ngoài. Bộ dao độngchung trong chip cung cấ p xung tần số chopper cho cả hai bộ chopper.


26/32


- 25 -

Trong mỗi bộ chopper như vậy(xem hình vẽ), mạch flip-flopđượ c Set bở imỗi xung từ bộ dao động, cho phép tín hiệu ra để dòngđiện tăng dần. Khidòngđiện tăng, điện áp trênđiện tr ở cảm cũng tăng. Khiđiến áp nàyđạt đếngiá tr ị Vref thì flip-flop Reset, cấm đầu ra chođến khi có xung tiế p theo từ bộ dao động. Tín hiệu ra của mạch điện này là một tín hiệu PWM có tần số khôngđổi. Giá tr ị Vref xácđịnh dòng tải cực đại.

sơ đồ chứ c năng của bộ t ạo xung chopperđ iề u khiể n dòng đ iện.

7. Điều khiển dòng tín hiệu pha và bằng tín hiệu INHIBIT.Việc điều khiển dòngđiện(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 xácđịnh xácđịnh chopping bằng cáchnào.

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

vớ i động cơ lưỡ ng cực ta chọn cả hai cách.


27/32


- 26 -

Chopping b ằ ng tín hi ệu pha. Dòng đ iện X b ị ng ắ t bở i BVà tiế p t ục chạ y ttheo vòng Y. N ế u ng ắ t bở i A, nó s ẽ chạ y theo

Vòng Z và t ăng công su ấ t tiêu tán trên R S .

Chopping b ằ ng INHIBIT. Dòng đ iện chạ y qua Q1, cu ộn dây và Q4 đượ cng ắ t bở i INH1. Dòng đ iện d ư chạ y qua D2 và D3 .

Ứ NG DỤ NG


28/32


- 27 -

PHẦ N THIẾT K Ế MẠCH ĐIỀU KHIỂ N SỬ DỤ NG L297 VÀ L298ĐIỀUKHIỂ N ĐỘ NG CƠ BƯỚC LƯỠ NG CỰ C :

Mạch điều khiển động cơ bướ c bao gồm :- L297điều khiển mạch cầu L297.- L298 mạch cầu công suất kép cung cấ p tín hiệu cho cácđiều khiển

động cơ bướ c.

Sơ đồ mạch như sau:

sơ đồ đấ u nố i L297 và L298 để đ iề u khiể n động cơ bướ c l ưỡ ng 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 cấ p tín hiều cho các cuộn

dây của mạch điều khiển sử dung 8điốt tácđộng nhanh.Mạch điện sủ dụng cácđiện tr ở R S1 và R S2 có chức năng là điện tr ở cảm

biến dòngđiện. Khi dòngđiện lớ n chạy qua R S sinh rađiện áp lớ n hơ n điệnVref thì flip-flop bên trong L297 sẽ Reset, cấm đầu ra chođến khi có xung tiế theo từ bộ daođộng. Bộ daođộng RC cấ p xung cho flip-flop thông qua chân16(L297).

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


29/32


- 28 -

- tín hiệu Clock là tín hiệu điều khiển việc cấ p xung cho cuộn dây. mỗikhi xuát hiện tín hiệu này thí tr ạng thái của cuộn dây sẽ thayđổi- 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 Resetđưa khối biến đổi về tr ạng thái gốc (0101).- tín hiệu ENABLE, tín hiệu nàyở mức thấ p thì tất cả các tín hiệu raINH1, INH2, A, B, C và Dơ mức thấ p. ENABLE dùngđể cấm bộ côngsuất cấ p điện chođộng cơ khi khở i động.- Vref đượ c nối vớ i nguồn 5(V) tạo tín hiệu so sánh.

L298 có 4đầu ra cặ p chân số (2 ,3) và cặ p chân số (13,14) chúng sẽ cấ p tín hiệu cho cuộn dâyđộng cơ bướ c.Mạch thiết k ế theo nguyên tắc điều khiển Dòng-Áp bằng độ r ộng xung.

ĐIỀU KHIỂ N ĐỘ NG CƠ Ở CHẾ ĐỘ NỬ A BƯỚC.Khi thực chế độ nửa bướ c (HALF=1) tín hiệu đầu raở trên L297 và thì

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

Dạng đ iện áp trên các cu ộn dây c ủa động cơ bươ c khi ho ạtđộng ch ế độ nử a bươ c khi không ở trang thái chopping.


30/32


- 29 -

Khiở dạng chopping thì dạng điện áp và dòngđiện ở mỗi cuộn phaở chế độ nưa bướ c có dạng như sau:

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

Nhận xét: Mỗi lần pha A xuất hiện tín hiệu thì động cơ sẽ dịch chuyểnđượ c ba bướ c.

ĐIỀU KHIỂ N ĐỘ NG CƠ CHẾ ĐỘ CẢ BƯỚC :Khi đó chân HALF/fULL=0; dạng tín hiệu đầu ra ở L297 vàđiện áp trêncác cuộn dây khi không có chopping có dạng như sau:


31/32


- 30 -

Dạng đ iện áp ở chế độ cả bướ c khi không cóchopping c ủa các cu ộn dây.

Tín hiệu dòngđiện vàđiện áp xuất hiện trên pha A có dạng như sau

Tín hiệu đ iện áp và dòng đ iện pha A khi co chopping. Nhận xét : Vớ i mỗi tín hiệu phát raở xung A thìđộng cơ sẽ dịch chuyểnđượ c một gớ c bướ c.


32/32


PHỤ LỤCTrang

LỜI NÓIĐẦU 1PHẦ N I: GIỚI THIỆU TỔ NG QUÁT VỀ CNC. 2PHẦ N II: GIỚI THIỆUC CNC CYBER-MILL. 6PHẦ N III: GIỚI THIỆU VỀ ĐỘ NG CƠ BƯỚC. 8PHẦ N IV :GIỚI THIỆU VỀ VI MẠCH L297 VÀ L298 VÀ MẠCH ĐIỀUKHIỂ N ĐỘ NG CƠ BỨƠC. 20

báo cáo thực tập tổng quan về cnc và vi mạch Điều khiển

Documents