Електрическа машина, която преобразува електрическата енергия в механична енергия се нарича електрически двигател. Първият и най-важният електрически мотор е просто електростатично устройство, създадено от шотландския монах Андрю Гордън през 1740-те. Но през 1821 г. Майкъл Фарадей демонстрира превръщането на електрическата енергия в механична.
Електрическите двигатели се класифицират предимно в две категории: двигатели с променлив ток и DC двигатели . Отново, всяка категория е подразделена на много видове. Много натоварвания като смесител, мелница, вентилатори и др., Най-често използваните домакински уреди, в които можем да намерим различни видове двигатели и те могат да се експлоатират с различни скорости с възможност за контрол на скоростта на двигателите. В тази статия ще обсъдим един от основните типове постояннотокови двигатели, а именно Стъпков двигател и неговото управление с помощта на микроконтролера.
Стъпков мотор
Синхронен и безчетков постоянен ток който преобразува електрическите импулси в механични движения и по този начин се върти поетапно с определен ъгъл между всяка стъпка за завършване на пълно завъртане се нарича стъпков двигател. Ъгълът между стъпките на въртене на стъпковия двигател се нарича ъгъл на стъпка на двигателя.
Стъпков мотор
Стъпковите двигатели се класифицират в два типа според тяхната намотка: еднополюсни стъпкови двигатели и биполярни стъпкови двигатели. Еднополюсният стъпков двигател често се използва в много приложения поради своята лекота на работа в сравнение с биполярния стъпков двигател. Но има различни типове стъпкови двигатели като стъпков двигател с постоянен магнит, стъпков двигател с променливо съпротивление и хибриден стъпков двигател.
Управление на стъпков двигател
Стъпковият двигател може да се управлява с различни техники, но тук обсъждаме управлението на стъпковия двигател с помощта на Микроконтролер Atmega . 89C51 е микроконтролер на 8051 семейство микроконтролери .
Блок-схема на управление на стъпков двигател
Блоковата схема на управление на стъпков двигател с помощта на микроконтролер 8051 е показана на фигурата с захранване , микроконтролер, стъпков двигател и контролни блокове.
2 метода за проектиране на верига за управление на стъпков двигател
Контролерът на стъпковия двигател е проектиран използвайки 8051 микроконтролери и превключваща верига за управление на скоростта на стъпковия двигател. Веригата на управляващия превключвател може да бъде проектирана чрез използване транзисторни превключватели или чрез използване на IC контролер на стъпков двигател като ULN2003 вместо транзисторите.
1. Управляваща верига с помощта на IC на контролера на стъпков двигател
Еднополюсният стъпков двигател може да се върти чрез последователно захранване на намотките на статора. Последователността на тези сигнали за напрежение, приложени през намотките или проводниците на двигателя, е достатъчна за задвижване на двигателя и следователно не е необходима схема на драйвер за управление на посоката на тока в намотките на статора.
Управление на стъпков двигател с помощта на IC
Двуфазният стъпков двигател се състои от четири крайни проводника, свързани към намотките и два общи проводника, свързани към двата крайни проводника, за да образуват две фази. Общите точки и крайните точки на двете фази са свързани съответно към земята или Vcc и щифтовете на микроконтролера. За въртене на двигателя крайните точки на двете фази трябва да бъдат захранени. Основно напрежение се прилага към първата крайна точка на фаза1, а допълнително напрежение се прилага към първата крайна точка на фаза2 и т.н.
Стъпковият двигател може да работи в различни режими, като например режим на стъпково движение на вълната, пълен режим на стъпково движение и режим на стъпково наполовина задвижване.
Wave Drive Stepping Mode
Повтаряйки горната последователност, двигателят може да се завърти в режим на задвижване с вълна или по посока на часовниковата стрелка или обратно на часовниковата стрелка въз основа на избора на крайни точки. Таблицата по-долу показва фазовата последователност на сигнала за режим на стъпково задвижване на вълната.
Wave Drive Stepping Mode
Пълен режим на стъпка
Енергизирането на двете крайни точки на различни фази едновременно постига пълен задвижващ режим. Таблицата показва последователността на фазите на сигнала за режима на пълното задвижване.
Пълен режим на стъпка
Половин режим на стъпка
Комбинацията от стъпките на режима на вълната и пълното задвижване постига режим на полузадвижване. По този начин в този режим ъгълът на стъпка се разделя наполовина. Таблицата показва последователността на фазите на сигнала в режим на стъпка с полузадвижване.
Половин режим на стъпка
По принцип ъгълът на стъпка зависи от разделителната способност на стъпковия двигател. Размерът на стъпките и посоката на въртене са пряко пропорционални на броя и реда на въведената последователност. Скоростта на въртене на вала зависи от честотата на входната последователност. Въртящият момент и броят на магнити, намагнитени в даден момент, са пропорционални.
Стъпковият двигател изисква ток 60 mA, но максималният ток на микроконтролера Atmega AT89C51 е 50 mA. И така, контролер на стъпков двигател IC се използва за свързване на стъпковия двигател с микроконтролера за прехвърляне на сигналите.
2. Управлявайте веригата на превключвателя с помощта на транзистори
Захранването на веригата може да се даде чрез понижаване на напрежението от 230V до 7,5V с помощта на понижаващ трансформатор и след това изправяне с мостов изправител с диоди . Този коригиран изход се подава към филтърния кондензатор и след това преминава през регулатора на напрежението. Регулираният изход 5V се получава от регулатора на напрежението. Нулиращият щифт9 е свързан между кондензатора и резистора.
Верига за управление на стъпков двигател, използваща транзистор
По принцип стъпковият двигател се състои от четири намотки, както е показано на фигурата. И така, за задвижване на двигателя са необходими четири вериги за задвижване на двигателя. Вместо да се използва IC контролер на стъпков двигател за задвижване на двигателя, четири транзистора са свързани като схеми на драйвера съответно на 21, 22, 23 и 24 пина на микроконтролера.
Ако транзисторите започнат проводимост, тогава ще се създаде магнитно поле около намотката, причиняващо въртене на двигателя. Скоростта на стъпковия двигател е право пропорционална на честотата на входния импулс. Кристален осцилатор е свързан към щифтовете 18 и 19, за да осигури тактова честота на микроконтролера от около 11.019MHz.
Времето за изпълнение на всяка инструкция може да се изчисли, като се използва формулата по-долу
Време = ((C * 12)) / f
Където C = номер на цикъла
И F = кристална честота
Една от схемите, базирани на приложение, която използва стъпков двигател за въртящ се слънчев панел, е описана по-долу.
Управление на стъпков двигател с помощта на програмиран микроконтролер 8051
Проект за слънчеви панели Sun Tracking е предназначен да генерира максимално количество енергия чрез автоматично регулиране на слънчевия панел. В този проект стъпков двигател, управляван от програмиран микроконтролер от семейство 8051, е свързан към слънчевия панел, за да поддържа лицето на слънчевите панели винаги перпендикулярно на слънцето.
Управление на стъпков двигател с помощта на микроконтролер от Edgefxkits.com
The програмиран микроконтролер генерира стъпкови електрически импулси на равни интервали към стъпковия двигател за въртене на слънчевия панел. Схемата на драйвера се използва за задвижване на стъпковия двигател, тъй като контролерът не може да осигури изискванията за мощност на двигателя.
Моля, оставете вашите предложения, отзиви и запитвания, като публикувате коментари в раздела за коментари по-долу. Ще направим всичко възможно, за да ви помогнем технически по отношение на тази статия и разработване на проекти за електричество и електроника с помощта на стъпков двигател.
