Eine elektrische Maschine, die wandelt elektrische Energie um in mechanische Energie wird ein Elektromotor genannt. In erster Linie ist der Elektromotor ein einfaches elektrostatisches Gerät, das der schottische Mönch Andrew Gordon in den 1740er Jahren entwickelt hat. 1821 demonstrierte Michael Faraday die Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie.
Elektromotoren werden hauptsächlich in zwei Kategorien eingeteilt: Wechselstrommotoren und Gleichstrommotoren . Auch hier ist jede Kategorie in viele Typen unterteilt. Viele Lasten wie Mischer, Schleifer, Lüfter usw. sind die am häufigsten verwendeten Haushaltsgeräte, in denen wir verschiedene Motortypen finden können, und diese können mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden, wobei die Motoren drehzahlgeregelt sind. In diesem Artikel werden wir über einen der Haupttypen von Gleichstrommotoren diskutieren, nämlich Schrittmotor und seine Steuerung mit dem Mikrocontroller.
Schrittmotor
Eine synchrone und bürstenloser Gleichstrommotor Dieser Schritt wandelt elektrische Impulse in mechanische Bewegungen um und dreht sich somit schrittweise mit einem bestimmten Winkel zwischen den einzelnen Schritten, um eine vollständige Drehung abzuschließen. Dies wird als Schrittmotor bezeichnet. Der Winkel zwischen den Drehschritten des Schrittmotors wird als Schrittwinkel des Motors bezeichnet.
Schrittmotor
Schrittmotoren werden entsprechend ihrer Wicklung in zwei Typen eingeteilt: unipolare Schrittmotoren und bipolare Schrittmotoren. Der unipolare Schrittmotor wird aufgrund seiner einfachen Bedienung im Vergleich zum bipolaren Schrittmotor häufig in vielen Anwendungen verwendet. Es gibt jedoch verschiedene Arten von Schrittmotoren, wie z. B. einen Permanentmagnet-Schrittmotor, einen Schrittmotor mit variabler Reluktanz und einen Hybrid-Schrittmotor.
Schrittmotorsteuerung
Der Schrittmotor kann mit verschiedenen Techniken gesteuert werden, aber hier diskutieren wir die Schrittmotorsteuerung unter Verwendung eines Atmega Mikrocontroller . Der 89C51 ist ein Mikrocontroller des 8051 Mikrocontrollerfamilie .
Blockdiagramm der Schrittmotorsteuerung
Das Blockschaltbild einer Schrittmotorsteuerung mit einem 8051-Mikrocontroller ist in der Abbildung mit dargestellt Netzteil , Mikrocontroller, Schrittmotor und Steuerschalterblöcke.
2 Methoden zum Entwerfen eines Schrittmotor-Steuerkreises
Die Schrittmotorsteuerung ist ausgelegt mit 8051 Mikrocontrollern und Schaltkreis zum Steuern der Drehzahl des Schrittmotors. Die Steuerschalterschaltung kann unter Verwendung von entworfen werden Transistorschalter oder durch Verwendung eines Schrittmotor-Controller-IC wie ULN2003 anstelle der Transistoren.
1. Steuerkreis mit Schrittmotor-Controller-IC
Der unipolare Schrittmotor kann gedreht werden, indem die Statorspulen nacheinander erregt werden. Die Folge dieser Spannungssignale, die über die Motorspulen oder -leitungen angelegt werden, reicht aus, um den Motor anzutreiben, und daher ist keine Treiberschaltung erforderlich, um die Richtung des Stroms in den Statorspulen zu steuern.
Schrittmotorsteuerung mit IC
Der Zweiphasen-Schrittmotor besteht aus vier Enddrähten, die mit den Spulen verbunden sind, und zwei gemeinsamen Drähten, die mit den beiden Endleitungen verbunden sind, um zwei Phasen zu bilden. Die gemeinsamen Punkte und Endpunkte der beiden Phasen sind mit der Masse oder den Vcc- bzw. den Mikrocontroller-Pins verbunden. Zum Drehen des Motors sind die Endpunkte der beiden Phasen anzutreiben. In erster Linie wird eine Spannung an den ersten Endpunkt der Phase 1 angelegt, und eine weitere Spannung wird an den ersten Endpunkt der Phase 2 angelegt und so weiter.
Der Schrittmotor kann in verschiedenen Modi betrieben werden, z. B. im Wellenantriebsschrittmodus, im Vollantriebsschrittmodus und im Halbantriebsschrittmodus.
Wave Drive Stepping-Modus
Durch Wiederholen der obigen Sequenz kann der Motor im Wellenantriebsschrittmodus entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden, basierend auf der Auswahl der Endpunkte. Die folgende Tabelle zeigt die Signalphasenfolge für den Wave-Drive-Steping-Modus.
Wave Drive Stepping-Modus
Full Drive Stepping-Modus
Durch gleichzeitiges Einschalten der beiden Endpunkte verschiedener Phasen wird ein Vollantriebsschrittmodus erreicht. Die Tabelle zeigt die Signalphasenfolge für den Vollantriebsschrittmodus.
Full Drive Stepping-Modus
Half Drive Stepping-Modus
Durch die Kombination der Schritte des Wellen- und des Vollantriebsschrittmodus wird ein Halbantriebsschrittmodus erreicht. Somit wird in diesem Modus der Schrittwinkel in zwei Hälften geteilt. Die Tabelle zeigt die Signalphasenfolge eines Halbantriebsschrittmodus.
Half Drive Stepping-Modus
Im Allgemeinen hängt der Schrittwinkel von der Auflösung des Schrittmotors ab. Die Größe der Schritte und die Drehrichtung sind direkt proportional zur Anzahl und Reihenfolge der Eingabesequenz. Die Drehzahl der Welle hängt von der Frequenz der Eingangssequenz ab. Das Drehmoment und die Anzahl der gleichzeitig magnetisierten Magnete sind proportional.
Der Schrittmotor benötigt 60 mA Strom, aber die maximale Nennstromstärke des Atmega-Mikrocontrollers AT89C51 beträgt 50 mA. Daher wird ein Schrittmotor-Controller-IC verwendet, um den Schrittmotor mit dem Mikrocontroller zum Übertragen der Signale zu verbinden.
2. Steuerschalterkreis mit Transistoren
Die Stromversorgung der Schaltung kann durch Herabsetzen der Spannung von 230 V auf 7,5 V mit einem Abwärtstransformator und anschließend erfolgen Gleichrichtung durch einen Brückengleichrichter mit Dioden . Dieser gleichgerichtete Ausgang wird einem Filterkondensator zugeführt und dann durch den Spannungsregler geleitet. Der geregelte 5-V-Ausgang wird vom Spannungsregler bezogen. Der Rücksetzstift 9 ist zwischen dem Kondensator und dem Widerstand angeschlossen.
Schrittmotor-Steuerkreis mit Transistor
Im Allgemeinen besteht der Schrittmotor aus vier Spulen, wie in der Abbildung gezeigt. Um den Motor anzutreiben, sind vier Motortreiberschaltungen erforderlich. Anstatt den Schrittmotor-Controller-IC zum Ansteuern des Motors zu verwenden, sind vier Transistoren als Treiberschaltungen an 21, 22, 23 bzw. 24 Pins des Mikrocontrollers angeschlossen.
Wenn die Transistoren mit der Leitung beginnen, wird ein Magnetfeld um die Spule erzeugt, das eine Drehung des Motors verursacht. Die Schrittmotordrehzahl ist direkt proportional zur Eingangsimpulsfrequenz. Ein Quarzoszillator ist mit den Pins 18 und 19 verbunden, um eine Mikrocontrollertaktfrequenz von etwa 11,019 MHz bereitzustellen.
Die Ausführungszeit eines Befehls kann unter Verwendung der folgenden Formel berechnet werden
Zeit = ((C * 12)) / f
Wobei C = Nummer des Zyklus
Und F = Kristallfrequenz
Eine der anwendungsbasierten Schaltungen, die einen Schrittmotor zum Drehen des Solarmoduls verwenden, wird nachstehend beschrieben.
Schrittmotorsteuerung mit programmiertem 8051-Mikrocontroller
Sun Tracking Solar Panel-Projekt soll durch automatische Anpassung des Solarpanels die maximale Energiemenge erzeugen. In diesem Projekt wird ein Schrittmotor, der von einem programmierten Mikrocontroller der 8051-Familie gesteuert wird, an das Solarpanel angeschlossen, um das Gesicht des Solarpanels immer senkrecht zur Sonne zu halten.
Schrittmotorsteuerung mit Mikrocontroller von Edgefxkits.com
Das programmierter Mikrocontroller erzeugt in regelmäßigen Abständen gestufte elektrische Impulse zum Schrittmotor zum Drehen des Solarpanels. Der Treiber-IC wird zum Antreiben des Schrittmotors verwendet, da die Steuerung die Leistungsanforderungen des Motors nicht erfüllen kann.
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