Một máy điện chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng gọi là động cơ điện. Động cơ điện đầu tiên và quan trọng nhất là một thiết bị tĩnh điện đơn giản được tạo ra bởi nhà sư người Scotland Andrew Gordon vào năm 1740. Nhưng vào năm 1821, Michael Faraday đã chứng minh sự chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng.
Động cơ điện chủ yếu được phân thành hai loại: Động cơ xoay chiều và Động cơ DC . Một lần nữa, mỗi danh mục được chia nhỏ thành nhiều loại. Nhiều phụ tải như máy trộn, máy xay, quạt, v.v., các thiết bị gia dụng được sử dụng thường xuyên nhất mà chúng ta có thể tìm thấy các loại động cơ khác nhau và chúng có thể hoạt động ở các tốc độ khác nhau với sự cung cấp điều khiển tốc độ của động cơ. Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về một trong những loại động cơ DC chính, cụ thể là Động cơ bước và điều khiển của nó sử dụng vi điều khiển.
Động cơ bước
Một đồng bộ và động cơ DC không chổi than chuyển đổi xung điện thành chuyển động cơ học và do đó, quay theo chiều kim loại với một góc nhất định giữa mỗi bước để hoàn thành một vòng quay đầy đủ được gọi là Động cơ bước. Góc giữa các bước quay của động cơ bước được gọi là góc bước của động cơ.
Động cơ bước
Động cơ bước được phân thành hai loại theo cách quấn của chúng: Động cơ bước đơn cực và Động cơ bước lưỡng cực. Động cơ bước đơn cực thường xuyên được sử dụng trong nhiều ứng dụng do dễ vận hành so với động cơ bước lưỡng cực. Nhưng có nhiều loại động cơ bước khác nhau như Động cơ bước nam châm vĩnh cửu, Động cơ bước điện trở biến đổi và Động cơ bước lai.
Điều khiển động cơ bước
Động cơ bước có thể được điều khiển bằng nhiều kỹ thuật khác nhau, nhưng ở đây chúng ta đang thảo luận về việc điều khiển động cơ bước bằng cách sử dụng Vi điều khiển Atmega . 89C51 là một bộ vi điều khiển của Họ vi điều khiển 8051 .
Sơ đồ khối của điều khiển động cơ bước
Sơ đồ khối của điều khiển động cơ bước sử dụng vi điều khiển 8051 được hiển thị trong hình với Nguồn cấp , vi điều khiển, động cơ bước và các khối chuyển mạch điều khiển.
2 phương pháp thiết kế mạch điều khiển động cơ bước
Bộ điều khiển động cơ bước được thiết kế sử dụng vi điều khiển 8051 và chuyển mạch để điều khiển tốc độ của động cơ bước. Mạch công tắc điều khiển có thể được thiết kế bằng cách sử dụng công tắc bóng bán dẫn hoặc bằng cách sử dụng IC điều khiển động cơ bước như ULN2003 thay cho các bóng bán dẫn.
1. Mạch điều khiển sử dụng IC điều khiển động cơ bước
Động cơ bước đơn cực có thể được quay bằng cách cấp điện cho các cuộn dây stato theo một trình tự. Chuỗi các tín hiệu điện áp này được áp dụng trên các cuộn dây hoặc dây dẫn của động cơ là đủ để điều khiển động cơ và do đó, không cần mạch điều khiển để điều khiển hướng của dòng điện trong các cuộn dây stato.
Điều khiển động cơ bước sử dụng IC
Động cơ bước hai pha bao gồm bốn đầu dây nối với cuộn dây và hai dây chung nối vào hai đầu dây dẫn để tạo thành hai pha. Các điểm chung và điểm cuối của hai pha được nối với đất hoặc Vcc và các chân vi điều khiển tương ứng. Để quay động cơ, các điểm cuối của hai pha phải được cung cấp năng lượng. Chủ yếu một điện áp được đặt vào điểm cuối đầu tiên của pha1 và điện áp tiếp theo được đặt vào điểm cuối đầu tiên của pha 2, v.v.
Động cơ bước có thể được vận hành ở các chế độ khác nhau như Chế độ Bước Truyền động Sóng, Chế độ Bước Toàn bộ và Chế độ Bước Một nửa.
Chế độ bước truyền động sóng
Bằng cách lặp lại trình tự trên, động cơ có thể được quay ở chế độ truyền động sóng theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ dựa trên việc lựa chọn các điểm cuối. Bảng dưới đây cho thấy trình tự pha tín hiệu cho chế độ truyền động-bước sóng.
Chế độ bước truyền động sóng
Chế độ Bước Toàn bộ Drive
Cung cấp năng lượng cho hai điểm cuối của các giai đoạn khác nhau đồng thời đạt được chế độ lái toàn bước. Bảng hiển thị trình tự pha tín hiệu cho chế độ chạy toàn ổ đĩa.
Chế độ Bước Toàn bộ Drive
Chế độ nửa bước lái
Sự kết hợp giữa các bước của chế độ sóng và chế độ lái toàn bộ để đạt được chế độ nửa bước. Do đó, trong chế độ này, góc bước được chia thành một nửa. Bảng hiển thị trình tự pha tín hiệu của chế độ nửa bước truyền động.
Chế độ nửa bước lái
Nói chung, góc bước phụ thuộc vào độ phân giải của động cơ bước. Kích thước của bước và hướng quay tỷ lệ thuận với số lượng và thứ tự của chuỗi đầu vào. Tốc độ quay của trục phụ thuộc vào tần số của chuỗi đầu vào. Mômen xoắn và số lượng nam châm bị nhiễm từ tại một thời điểm tỷ lệ thuận.
Động cơ bước yêu cầu dòng điện 60mA, nhưng định mức dòng điện tối đa của vi điều khiển Atmega AT89C51 là 50mA. Vì vậy, một IC điều khiển động cơ bước được sử dụng để giao diện động cơ bước với bộ vi điều khiển để truyền tín hiệu.
2. Mạch điều khiển công tắc sử dụng bóng bán dẫn
Nguồn cung cấp cho mạch có thể được cung cấp bằng cách giảm điện áp từ 230V xuống 7,5V bằng cách sử dụng một máy biến áp hạ bậc, và sau đó chỉnh lưu bằng bộ chỉnh lưu cầu với điốt . Đầu ra chỉnh lưu này được đưa đến tụ lọc, sau đó được đưa qua bộ điều chỉnh điện áp. Đầu ra điều chỉnh 5V được lấy từ bộ điều chỉnh điện áp. Chân đặt lại 9 được kết nối giữa tụ điện và điện trở.
Mạch điều khiển động cơ bước sử dụng bóng bán dẫn
Nói chung, động cơ bước bao gồm bốn cuộn dây như trong hình. Vì vậy, để điều khiển động cơ, cần có bốn mạch điều khiển động cơ. Thay vì sử dụng IC điều khiển động cơ bước để điều khiển động cơ, bốn bóng bán dẫn được kết nối làm mạch điều khiển tại các chân 21, 22, 23 và 24 tương ứng của bộ vi điều khiển.
Nếu các bóng bán dẫn bắt đầu dẫn điện, thì một từ trường sẽ được tạo ra xung quanh cuộn dây gây ra chuyển động quay của động cơ. Tốc độ động cơ bước tỷ lệ thuận với tần số xung đầu vào. Một bộ dao động tinh thể được kết nối với các chân 18 và 19 để cung cấp xung nhịp cho vi điều khiển khoảng 11.019MHz.
Thời gian thực hiện của bất kỳ lệnh nào có thể được tính bằng công thức dưới đây
Thời gian = ((C * 12)) / f
Trong đó C = số chu kỳ
Và F = tần số tinh thể
Một trong những mạch dựa trên ứng dụng sử dụng động cơ bước để quay bảng điều khiển năng lượng mặt trời được mô tả bên dưới.
Điều khiển động cơ bước sử dụng vi điều khiển 8051 được lập trình
Dự án bảng điều khiển năng lượng mặt trời Theo dõi Mặt trời nhằm tạo ra lượng năng lượng tối đa bằng cách tự động điều chỉnh bảng điều khiển năng lượng mặt trời. Trong dự án này, một động cơ bước được điều khiển bởi một bộ vi điều khiển được lập trình của họ 8051 được giao tiếp với bảng điều khiển năng lượng mặt trời để duy trì mặt của tấm pin mặt trời luôn vuông góc với mặt trời.
Điều khiển động cơ bước bằng vi điều khiển của Edgefxkits.com
Các bộ vi điều khiển được lập trình tạo ra các xung điện từng bước một cách đều đặn tới động cơ bước để quay bảng điều khiển năng lượng mặt trời. IC điều khiển được sử dụng để điều khiển động cơ bước vì bộ điều khiển không thể cung cấp các yêu cầu công suất của động cơ.
Vui lòng để lại đề xuất, phản hồi và thắc mắc của bạn bằng cách đăng ý kiến trong phần bình luận bên dưới. Chúng tôi sẽ cố gắng hết sức để giúp bạn về mặt kỹ thuật liên quan đến bài viết này và phát triển các dự án điện và điện tử sử dụng động cơ bước.
