Een elektrische machine die zet elektrische energie om in mechanische energie wordt een elektromotor genoemd. Eerst en vooral is de elektromotor een eenvoudig elektrostatisch apparaat dat in de jaren 1740 door de Schotse monnik Andrew Gordon werd gemaakt. Maar in 1821 demonstreerde Michael Faraday de omzetting van elektrische energie in mechanische energie.
Elektromotoren worden primair ingedeeld in twee categorieën: AC-motoren en DC-motoren Nogmaals, elke categorie is onderverdeeld in vele typen. Veel belastingen zoals mixer, grinder, ventilatoren, enz., Meest gebruikte huishoudelijke apparaten waarin we verschillende soorten motoren kunnen vinden en deze kunnen op verschillende snelheden worden bediend met snelheidsregulerende voorziening van de motoren. In dit artikel gaan we het hebben over een van de belangrijkste soorten DC-motoren, namelijk Stappenmotor en zijn controle met behulp van de microcontroller.
Stappenmotor
Een synchrone en borstelloze gelijkstroommotor dat elektrische pulsen omzet in mechanische bewegingen en dus stapsgewijs roteert met een bepaalde hoek tussen elke stap voor het voltooien van een volledige rotatie, wordt de stappenmotor genoemd. De hoek tussen de rotatiestappen van de stappenmotor wordt de stappenhoek van de motor genoemd.
Stappenmotor
Stappenmotoren worden op basis van hun wikkeling in twee typen ingedeeld: unipolaire stappenmotoren en bipolaire stappenmotoren. De unipolaire stappenmotor wordt veelvuldig gebruikt in veel toepassingen vanwege zijn bedieningsgemak in vergelijking met de bipolaire stappenmotor. Maar er zijn verschillende soorten stappenmotoren, zoals stappenmotor met permanente magneet, stappenmotor met variabele reluctantie en hybride stappenmotor.
Stappenmotorbesturing
De stappenmotor kan met verschillende technieken worden aangestuurd, maar hier bespreken we de stappenmotorbesturing met een Atmega-microcontroller De 89C51 is een microcontroller van de 8051 microcontroller-familie
Blokschema van stappenmotorbesturing
Het blokschema van een stappenmotorbesturing met behulp van een 8051-microcontroller wordt weergegeven in de afbeelding met stroomvoorziening , microcontroller, stappenmotor en bedieningsschakelaarblokken.
2 methoden om stappenmotorbesturingscircuit te ontwerpen
De stappenmotorcontroller is ontworpen met behulp van 8051 microcontrollers en schakelcircuit voor het regelen van de snelheid van de stappenmotor. Het regelschakelaarcircuit kan worden ontworpen door te gebruiken transistor schakelaars of door stappenmotorcontroller IC zoals ULN2003 te gebruiken in plaats van de transistors.
1. Besturingscircuit met behulp van stappenmotorcontroller IC
De unipolaire stappenmotor kan worden gedraaid door de statorspoelen achtereenvolgens van stroom te voorzien. De volgorde van deze spanningssignalen die over de motorspoelen of -draden worden aangelegd, is voldoende om de motor aan te drijven en daarom is er geen stuurcircuit nodig om de richting van de stroom in de statorspoelen te regelen.
Stappenmotorbesturing met behulp van IC
De tweefasige stappenmotor bestaat uit vier einddraden die zijn verbonden met de spoelen en twee gemeenschappelijke draden die zijn verbonden met de twee einddraden om twee fasen te vormen. De gemeenschappelijke punten en eindpunten van de twee fasen zijn respectievelijk verbonden met de aarde of Vcc en de microcontrollerpennen. Om de motor te laten draaien, moeten de eindpunten van de twee fasen worden bekrachtigd. In de eerste plaats wordt een spanning aangelegd aan het eerste eindpunt van fase1, en nog meer spanning wordt aangelegd aan het eerste eindpunt van fase2, enzovoort.
De stappenmotor kan in verschillende modi worden bediend, zoals Wave Drive Stepping Mode, Full Drive Stepping Mode en Half Drive Stepping Mode.
Wave Drive-stappenmodus
Door de bovenstaande reeks te herhalen, kan de motor worden gedraaid in wave-drive-stepping-modus met de klok mee of tegen de klok in op basis van de selectie van eindpunten. De onderstaande tabel toont de signaalfasevolgorde voor wave-drive-stepping-modus.
Wave Drive-stappenmodus
Volledige Drive Stepping Mode
Door de twee eindpunten van verschillende fasen tegelijkertijd te bekrachtigen, wordt een full-drive-stepping-modus bereikt. De tabel toont de signaalfasevolgorde voor de full-drive-stepping-modus.
Volledige Drive Stepping Mode
Half Drive Stepping Mode
De combinatie van de stappen van de golf- en full-drive-stepping-modus zorgt voor een half-drive-stepping-modus. In deze modus wordt de staphoek dus in tweeën gedeeld. De tabel toont de signaalfasevolgorde van een half-drive-stepping-modus.
Half Drive Stepping Mode
Over het algemeen hangt de staphoek af van de resolutie van de stappenmotor. De grootte van de stappen en de draairichting zijn recht evenredig met het aantal en de volgorde van de invoerreeks. De rotatiesnelheid van de as hangt af van de frequentie van de invoersequentie. Het koppel en het aantal magneten dat tegelijkertijd wordt gemagnetiseerd, zijn proportioneel.
De stappenmotor vereist 60mA stroom, maar de maximale stroomsterkte van de Atmega microcontroller AT89C51 is 50mA. Dus een stappenmotor-controller wordt gebruikt om de stappenmotor te koppelen aan de microcontroller voor het overbrengen van de signalen.
2. Besturingsschakelaarcircuit met behulp van transistors
De stroomtoevoer naar het circuit kan worden gegeven door de spanning van 230V naar 7,5V te verlagen met behulp van een step-down transformator, en dan gelijkrichten door een bruggelijkrichter met diodes Deze gelijkgerichte uitgang wordt naar een filtercondensator gevoerd en vervolgens door de spanningsregelaar geleid. De 5V gereguleerde output wordt verkregen van de spanningsregelaar. De resetpin9 is verbonden tussen de condensator en de weerstand.
Stappenmotorbesturingscircuit met behulp van transistor
Over het algemeen bestaat de stappenmotor uit vier spoelen zoals weergegeven in de afbeelding. Om de motor aan te drijven zijn dus vier motorstuurcircuits nodig. In plaats van de stappenmotorcontroller-IC te gebruiken om de motor aan te drijven, zijn vier transistors verbonden als stuurcircuits op respectievelijk 21, 22, 23 en 24 pinnen van de microcontroller.
Als de transistors gaan geleiden, ontstaat er een magnetisch veld rond de spoel waardoor de motor gaat draaien. De snelheid van de stappenmotor is recht evenredig met de ingangspulsfrequentie. Een kristaloscillator is verbonden met de pinnen 18 en 19 om een microcontroller klokfrequentie van ongeveer 11,019 MHz te leveren.
De uitvoeringstijd van elke instructie kan worden berekend met behulp van de onderstaande formule
Tijd = ((C * 12)) / f
Waar C = nummer van de cyclus
En F = kristalfrequentie
Een van de toepassingsgebaseerde schakelingen die een stappenmotor gebruiken voor het draaien van zonnepanelen, wordt hieronder beschreven.
Stappenmotorbesturing met behulp van geprogrammeerde 8051-microcontroller
Sun Tracking Solar Panel-project is bedoeld om de maximale hoeveelheid energie op te wekken door het zonnepaneel automatisch aan te passen. In dit project is een stappenmotor die wordt bestuurd door een geprogrammeerde microcontroller uit de 8051-familie gekoppeld aan het zonnepaneel om het gezicht van de zonnepanelen altijd loodrecht op de zon te houden.
Stappenmotorbesturing met behulp van Microcontroller door Edgefxkits.com
De geprogrammeerde microcontroller genereert met regelmatige tussenpozen getrapte elektrische pulsen naar de stappenmotor om het zonnepaneel te laten draaien. Het driver-IC wordt gebruikt om de stappenmotor aan te drijven, aangezien de controller niet in staat is om de stroomvereisten van de motor te leveren.
Laat uw suggesties, feedback en vragen achter door opmerkingen te plaatsen in het commentaargedeelte hieronder. We zullen ons best doen om u technisch te helpen met betrekking tot dit artikel en ontwikkeling van elektrische en elektronische projecten met behulp van de stappenmotor.
