Электрическая машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую энергию называется электродвигателем. В первую очередь электродвигатель - это простое электростатическое устройство, созданное шотландским монахом Эндрю Гордоном в 1740-х годах. Но в 1821 году Майкл Фарадей продемонстрировал преобразование электрической энергии в механическую.
Электродвигатели в основном подразделяются на две категории: двигатели переменного тока и Двигатели постоянного тока . Опять же, каждая категория подразделяется на множество типов. Многие нагрузки, такие как миксер, кофемолка, вентиляторы и т. Д., Являются наиболее часто используемыми бытовыми приборами, в которых мы можем найти различные типы двигателей, и они могут работать на разных скоростях с возможностью регулирования скорости двигателей. В этой статье мы собираемся обсудить один из основных типов двигателей постоянного тока, а именно Шаговый двигатель и его управление с помощью микроконтроллера.
Шаговый двигатель
Синхронный и бесщеточный двигатель постоянного тока который преобразует электрические импульсы в механические движения и, таким образом, пошагово вращается с определенным углом между каждым шагом для завершения полного вращения, называется шаговым двигателем. Угол между ступенями вращения шагового двигателя называется углом шагового двигателя.
Шаговый двигатель
Шаговые двигатели подразделяются на два типа в зависимости от их обмотки: униполярные шаговые двигатели и биполярные шаговые двигатели. Униполярный шаговый двигатель часто используется во многих приложениях из-за его простоты в эксплуатации по сравнению с биполярным шаговым двигателем. Но существуют разные типы шаговых двигателей, такие как шаговый двигатель с постоянным магнитом, шаговый двигатель с переменным сопротивлением и гибридный шаговый двигатель.
Управление шаговым двигателем
Шаговым двигателем можно управлять с помощью различных методов, но здесь мы обсуждаем управление шаговым двигателем с помощью Микроконтроллер atmega . 89C51 - это микроконтроллер Семейство микроконтроллеров 8051 .
Блок-схема управления шаговым двигателем
Блок-схема управления шаговым двигателем с помощью микроконтроллера 8051 показана на рисунке с источник питания , микроконтроллер, шаговый двигатель и блоки управления.
2 метода проектирования схемы управления шаговым двигателем
Контроллер шагового двигателя разработан с использованием микроконтроллеров 8051 и схему переключения для управления скоростью шагового двигателя. Схема переключателя управления может быть разработана с использованием транзисторные переключатели или с помощью IC контроллера шагового двигателя, такого как ULN2003, вместо транзисторов.
1. Схема управления с использованием микросхемы контроллера шагового двигателя.
Униполярный шаговый двигатель можно вращать, последовательно запитывая катушки статора. Последовательности этих сигналов напряжения, приложенных к катушкам или проводам двигателя, достаточно для управления двигателем, и, следовательно, для управления направлением тока в катушках статора не требуется никакой схемы управления.
Управление шаговым двигателем с помощью IC
Двухфазный шаговый двигатель состоит из четырех концевых проводов, подключенных к катушкам, и двух общих проводов, подключенных к двум концевым выводам, чтобы образовать две фазы. Общие точки и конечные точки двух фаз соединены с землей или выводами Vcc и микроконтроллера соответственно. Для вращения двигателя конечные точки двух фаз должны быть под напряжением. В первую очередь напряжение прикладывается к первой конечной точке фазы 1, а дополнительное напряжение прикладывается к первой конечной точке фазы 2 и так далее.
Шаговый двигатель может работать в различных режимах, таких как пошаговый режим волнового привода, шаговый режим полного привода и шаговый режим половинного привода.
Шаговый режим Wave Drive
Повторяя указанную выше последовательность, двигатель можно вращать в пошаговом режиме волнового привода либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки в зависимости от выбора конечных точек. В таблице ниже показана последовательность фаз сигнала для волнового пошагового режима.
Шаговый режим Wave Drive
Шаговый режим полного привода
При одновременном подаче питания на две конечные точки разных фаз достигается пошаговый режим с полным приводом. В таблице показана последовательность фаз сигнала для пошагового режима полного привода.
Шаговый режим полного привода
Полуприводный пошаговый режим
Комбинация ступеней волнового и полного ступенчатого режимов позволяет получить ступенчатый режим половинного возбуждения. Таким образом, в этом режиме шаговый угол делится пополам. В таблице показана последовательность фаз сигнала в пошаговом режиме с половинным приводом.
Полуприводный пошаговый режим
В общем, угол шага зависит от разрешающей способности шагового двигателя. Размер шагов и направление вращения прямо пропорциональны количеству и порядку входной последовательности. Скорость вращения вала зависит от частоты входной последовательности. Крутящий момент и количество одновременно намагничиваемых магнитов пропорциональны.
Шаговый двигатель требует тока 60 мА, но максимальный ток микроконтроллера Atmega AT89C51 составляет 50 мА. Итак, контроллер шагового двигателя IC используется для сопряжения шагового двигателя с микроконтроллером для передачи сигналов.
2. Схема переключателя управления на транзисторах.
Электропитание схемы можно подать, понизив напряжение с 230 В до 7,5 В с помощью понижающего трансформатора, а затем выпрямление мостовым выпрямителем с диодами . Этот выпрямленный выходной сигнал подается на конденсатор фильтра, а затем проходит через регулятор напряжения. Стабилизированный выход 5 В получается от регулятора напряжения. Вывод сброса 9 подключен между конденсатором и резистором.
Схема управления шаговым двигателем на транзисторе
Как правило, шаговый двигатель состоит из четырех катушек, как показано на рисунке. Итак, для привода двигателя требуются четыре схемы управления двигателем. Вместо использования ИС контроллера шагового двигателя для управления двигателем, четыре транзистора подключены в качестве схем управления к 21, 22, 23 и 24 контактам микроконтроллера соответственно.
Если транзисторы начинают проводить ток, вокруг катушки создается магнитное поле, вызывающее вращение двигателя. Скорость шагового двигателя прямо пропорциональна частоте входных импульсов. К контактам 18 и 19 подключен кварцевый генератор, обеспечивающий тактовую частоту микроконтроллера около 11,019 МГц.
Время выполнения любой инструкции можно рассчитать по следующей формуле
Время = ((C * 12)) / f
Где C = номер цикла
И F = частота кристалла
Одна из схем на основе приложения, в которой для вращения солнечной панели используется шаговый двигатель, описана ниже.
Управление шаговым двигателем с помощью программного микроконтроллера 8051
Проект солнечной панели слежения за солнцем предназначен для выработки максимального количества энергии за счет автоматической регулировки солнечной панели. В этом проекте шаговый двигатель, управляемый программируемым микроконтроллером семейства 8051, подключен к солнечной панели, чтобы поверхность солнечных панелей всегда была перпендикулярна солнцу.
Управление шаговым двигателем с помощью микроконтроллера от Edgefxkits.com
В программируемый микроконтроллер генерирует ступенчатые электрические импульсы с регулярными интервалами для шагового двигателя для вращения солнечной панели. ИС драйвера используется для управления шаговым двигателем, поскольку контроллер не может обеспечить требуемую мощность двигателя.
Пожалуйста, оставьте свои предложения, отзывы и вопросы, разместив комментарии в разделе комментариев ниже. Мы сделаем все возможное, чтобы помочь вам технически относительно этой статьи и разработка электротехнических и электронных проектов с помощью шагового двигателя.
