135
CHÖÔNG IV: MAÙY ÑIEÄN ÑOÀNG BOÄ ÑAËC BIEÄT
§ 4.1. ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN PHAÛN KHAÙNG (RELUCTANCE MOTOR)
Laø loaïi maùy ñieän ñoàng boä khoâng coù daây quaán kích töø, nguyeân lyù laøm vieäc
döïa vaøo söï khaùc nhau giöõa töø trôû doïc truïc xd vaø ngang truïc xq. Vì nhö ta ñaõ bieát
Coâng suaát ñieän töø cuûa maùy ñieän ñoàng boä goàm hai phaàn :
P
ñt = Pe + Pu
Trong ñoù: Pe : Coâng suaát ñieän töø chính
P
u: Coâng suaát ñieän töø phuï
Khi khoâng coù nguoàn kích töø thì Pe = 0, luùc ñoù lôïi duïng coâng suaát ñieän töø phuï
Pu ñeå taïo ra moâment.
P
u = θ
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛−2Sin
x
1
x
1
dq
2
mU2
Ñeå thöïc hieän ñöôïc xd
≠
xq roâto cuûa maùy ñöôïc cheá taïo nhö hình 4.1 vôùi caáu
taïo nhö treân hình 4.1a, roâto ñöôïc gheùp baèng nhöõng laù theùp troøn coù nhöõng choã
khuyeát ñeå taêng khe hôû giöõa caù cöïc vaø do ñoù taêng töø trôû cuûa maïch töø höôùng ngang
truïc, treân roâto coù ñaët daây quaán môû maùy kieåu loàng soùc ñeå môû maùy. ÔÛ hình 4.1 b –
c, roâto ñöôïc cheá taïo baèng caùch ñoå nhoâm vaøo caùc taäp laù theùp, ôû ñaây nhoâm coù taùc
duïng cuûa daây quaán môû maùy.
Do khoâng coù daây quaán kích töø neân ñoäng cô phaûi laáy doøng ñieän töø maïng
ñieän vaø coù cosϕ thaáp ( do caáu taïo roâto neân doøng ñieän töø hoaù lôùn ñeå taïo neân töø
thoâng caàn thieát qua maïch töø coù töø trôû lôùn ). Troïng löôïng ñoäng cô phaûn khaùng
thöôøng gaáp 2, 3 laàn troïng löôïng ñoäng cô khoâng ñoàng boä cuøng coâng suaát. Thöôøng
caùc ñoäng cô phaûn khaùng ñöôïc cheá taïo vôùi coâng suaát 50 ÷ 100 W.
Hình 4.1.
136
§ 4.2. ÑOÄNG CÔ BÖÔÙC (STEPPER MOTOR)
Ñoäng cô böôùc laø loaïi ñoäng cô ñöôïc duøng ñeå bieán ñoåi caùc leänh cho döôùi
daïng xung ñieän thaønh söï dòch chuyeån döùt khoaùt veà goùc hay ñöôøng thaúng – nhö laø
böôùc töøng böôùc maø khoâng caàn caûm bieán phaûn hoài.
Ñoäng cô laøm vieäc phaûi coù keøm theo boä ñoåi chieàu ñieän töû duøng ñeå chuyeån
ñoåi caùc cuoän daây ñieàu khieån cuûa ñoäng cô böôùc vôùi thöù töï vaø taàn soá tuøy theo leänh
ñaõ cho. Goùc quay toång hôïp cuûa rotor ñoäng cô böôùc töông öùng chính xaùc vôùi soá
laàn chuyeån ñoåi caùc cuoän daây ñieàu khieån, chieàu quay phuï thuoäc theo thöù töï
chuyeån ñoåi, toác ñoä quay phuï thuoäc taàn soá chuyeån ñoåi. Nhö vaäy trong tröôøng hôïp
toång quaùt coù theå xem ñoäng cô böôùc vôùi boä ñieàu khieån ñoåi chieàu ñieän töû nhö laø
moät heä thoáng ñieàu chænh taàn soá cuûa ñoäng cô ñoàng boä vôùi khaû naêng ñònh vò trí goùc
xoay rotor, töùc laø baèng caùch thay ñoåi taàn soá cho ñeán khoâng.
Ñoäng cô böôùc ñöôïc söû duïng nhieàu trong caùc heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng,
thí duï trong caùc maùy coâng cuï ñieàu khieån theo chöông trình, trong caùc thieát bò cuûa
kyõ thuaät maùy tính,… Trong caùc heä thoáng treân, ñoäng cô böôùc ñöôïc söû duïng hoaëc
ñeå thöïc hieän söï truyeàn ñoäng theo chöông trình ñieàu khieån caùc cô caáu thöøa haønh
nhö nhieäm vuï ñoäng cô chaáp haønh, hoaëc nhö laø moät phaàn töû phuï bieán ñoåi caùc maõ
xung thaønh tín hieäu ñieàu cheá cho moät heä thoáng naøo ñoù.
Vôùi nhieäm vuï vaø chöùc naêng noùi treân, ñoäng cô böôùc ñoøi hoûi nhöõng yeâu caàu
rieâng veà kyõ thuaät, ngoaøi nhöõng yeâu caàu chung :
- Coù böôùc chuyeån dòch beù.
- Moment ñoàng boä hoaù ñuû lôùn ñaûm baûo ñöôïc sai soá goùc nhoû nhaát khi
thöïc hieän böôùc di chuyeån.
- Khoâng tích luõy sai soá khi taêng soá böôùc.
- Taùc ñoäng nhanh.
- Laøm vieäc baûo ñaûm khi coù cuoän daây ñieàu khieån ít nhaát.
- Ñoäng cô vaø caû boä ñieàu khieån ñoåi chieàu coù caáu taïo ñôn giaûn.
Tuøy theo caáu taïo ñoäng, cô böôùc coù nhöõng loaïi nhö :
- Chæ thò hay ñoäng löïc.
- Thuaän nghòch hay khoâng thuaän nghòch.
- Coù moät stator hay nhieàu stator.
- Coù moät hay nhieàu cuoän daây ñieàu khieån (quaán taäp trung hoaëc quaán raûi).
- Rotor phaûn khaùng (khoâng coù daây quaán) vaø rotor taùc duïng (coù daây quaán
kích thích hoaëc nam chaâm vónh cöûu).
- Rotor hình ñóa hay rotor maïch in.
137
- Böôùc dòch chuyeån xoay hay dòch chuyeån thaúng tröïc tieáp…
1. Ñoäng cô böôùc nam chaâm vónh cöûu (Permanent magnet stepper
motor)
Caáu truùc tieâu bieåu cuûa ñoäng cô böôùc nam chaâm vónh cöûu ñöôïc trình baøy ôû
hình treân. Ñaây laø ñoäng cô 4 pha, moãi pha quaán treân 2 cöïc stator. Stator trong
thieát keá naøy phaûi coù 8 cöïc. Rotor baèng nam chaâm vónh cöûu coù truïc thaúng haøng
vôùi cöïc stator 1-1’. Noù ñöôïc giöõ ôû vò trí naøy, khi ñaët doøng ñieän I1 vaøo pha thì cöïc
stator 1 ñöôïc töø hoaù nhö cöïc nam, coøn cöïc stator 1’ ñöôïc töø hoaù nhö cöïc baéc. Chuù
yù chieàu daây quaán ñeå taïo ra daïng töø hoaù naøy. Ñaët doøng ñieän I4 vaøo pha 4, cöïc töø
hoaù 4-4’ hình thaønh (I1 ñöôïc caét ra). Khi ñoù löïc töø hoaù taùc ñoäng töông hoã vôùi töø
tröôøng rotor sinh ra moment ñoàng boä xoay rotor 1 goùc 450, theo chieàu kim ñoàng
hoà, ñeå cöïc baéc rotor ñeán cöïc stator 4. Laàn löôït ñöa doøng ñieän I3, I2 (moãi pha 1
laàn) vaøo pha 3, pha 2. Khi ñoù rotor xoay theo chieàu kim ñoàng hoà moãi böôùc 450.
Ñeå rotor xoay tieáp laàn löôït ñöa I1, I4, I3, I2 vaøo pha 1, 4, 3, 2 nhöng chieàu doøng
ñieän ñoåi laïi. Nhö vaäy nguoàn ñieàu khieån laø loaïi ñoåi cöïc. Sau moãi laàn xoay 1800,
doøng ñieän ñieàu khieån ñoåi chieàu. Nhö vaäy trình töï ñieàu khieån cho ñoäng cô tieán
theo chieàu kim ñoàng hoà laø 1-4-3-2. Ñeå cho ñoäng cô tieán ngöôïc chieàu kim ñoàng
hoà trình töï ñieàu khieån phaûi ñöôïc ñaûo ngöôïc laïi 1-2-3-4.
138
Hình 4-2 : Caáu truùc ñoäng cô böôùc nam chaâm vónh cöûu.
2. Ñoäng cô böôùc töø trôû bieán ñoåi, 1 taàng (single stack variable –
reluctance stepper motor)
Caáu taïo cuûa ñoäng cô naøy ñöôïc trình baøy ôû hình 4-2. Rotor vaø stator ñöôïc
cheá taïo baèng vaät lieäu.töø. Ñoäng cô coù 3 pha, moãi pha ñöôïc quaán treân 4 cöïc hay
raêng cuûa stator. Ví duï pha 1 ñöôïc quaán treân cöïc 1, 4, 7, 10 cuûa stator. Stator coù
12 raêng vaø rotor coù 16 raêng. Cöïc ngöôïc cöïc tính ñöôïc quaán theo chieàu ngöôïc laïi
ñeå taïo söï caân baèng giöõa töø thoâng vaøo vaø ra khoûi rotor. Giaû söû doøng ñieän I1 ñaët
vaøo pha 1 vaø 4 raêng rotor ñoái ñænh vôùi raêng 1, 4, 7, 10 cuûa stator. Töø thoâng ñi vaøo
rotor töø raêng stator 4, 10, vaø ra khoûi rotor qua raêng 1, 7, töø thoâng kheùp kín qua
khung stator, coù theå thaáy raèng ñænh raêng stator 4 laø cöïc baéc vaø ñænh raêng ñoái ñænh
vôùi raêng stator 4 laø cöïc nam (caûm öùng). Söï phaân cöïc naøy phaûi toàn taïi ñeå cho
pheùp töø thoâng lôùn nhaát qua khe hôû giöõa hai raêng ñoái ñænh. Töông töï cho 2 pha
coøn laïi.
Ñeå rotor tieán 1 böôùc theo chieàu kim ñoàng hoà thì 3 pha ñöôïc quaán treân raêng
stator 2, 5, 8, 11 ñöôïc ñaët doøng ñieän I3 vaøo vaø doøng ñieän I1 ñöôïc caét. Baây giôø do
ñöôøng söùc choïn ñöôøng ñi coù töø daãn lôùn nhaát hay töø trôû beù nhaát neân xuaát hieän
moment phaûn khaùng keùo raêng rotor gaàn raêng stator 2, 5, 8, 11 nhaát vaøo vò trí ñoá
ñænh. Ñoù laø caùc raêng rotor a, d, b, c, ñoái ñænh vôùi caùc raêng töông öøng 2, 5, 8, 11
cuûa stator. Keát quaû rotor ôû moät vò trí caân baèng môùi. Neáu doøng ñieän I2 tieáp theo
ñöa vaøo pha 2, I3 bò caét thì rotor seõ böôùc theâm 1 böôùc nöõa theo chieàu kim ñoàng
hoà.
Nhö vaäy trình töï 1-3-2-1 cho rotor ñoäng cô tieán theo chieàu kim ñoàng hoà.
Muoán rotor quay ngöôïc laïi trình töï kích thích laø 1-2-3-1. Nguoàn kích thích laø loaïi
ñôn cöïc.
Goùc böôùc cuûa rotor θs ñöôïc xaùc ñònh nhö sau :
ZR : Soá raêng Rotor.
139
ZS : Soá raêng Stator.
m : Soá pha.
t
R = R
0
Z
360 : Böôùc raêng Rotor (ñoä).
t
S = S
0
Z
360 : Böôùc raêng Stator (ñoä).
θS =
m
tR = R
0
Zm
360
. = Goùc böôùc (ñoä/böôùc).
R
S = S
0
360
θ= ZR.m (böôùc/voøng).
Toác ñoä : n = S
R
f60 = mZ
f60
R. = 6
f
S
θ
(voøng/phuùt).
Thì ñoái vôùi ñoäng cô ôû hình 2, ta coù :
t
R = R
0
Z
360 = 16
3600= 22.50
t
S = S
0
Z
360 = 12
3600 = 300
θS = R
0
Zm
360
. = 163
3600
. = 7.50
R
S = ZR.m = 16.3 = 48 böôùc/voøng
Coù theå giaûi thích nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô böôùc ñôn giaûn nhö sau:
a) b) c)
Hình 4.3. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô böôùc
Ñoäng cô böôùc laø loaïi ñoäng cô quay giaùn ñoaïn töøng goùc ñoä xaùc ñònh bôûi taùc
duïng cuûa maïch ñieän xung ñaët vaøo daây quaán stator cuûa noù. Noù ñöôïc duøng trong