Mạch điều khiển động cơ bước

Về mặt kỹ thuật, mạch điều khiển động cơ bước là mạch Bộ đếm nhị phân thập kỷ. Ưu điểm của mạch này là, nó có thể được sử dụng để điều khiển động cơ bước có 2-10 bước. Trước khi đi sâu hơn, hãy thảo luận thêm về những điều cơ bản của động cơ bước.

Tên của động cơ này được đặt như vậy vì chuyển động quay của trục ở dạng bước khác với DC hoặc bất kỳ động cơ nào khác. Trong các động cơ khác, tốc độ quay, góc dừng không được kiểm soát hoàn toàn trừ khi lắp mạch cần thiết. Sự không điều khiển này xuất hiện bởi vì mômen quán tính, đơn giản là một ký tự để bắt đầu và dừng theo lệnh mà không có độ trễ. Xét động cơ điện một chiều, sau khi được cấp nguồn, tốc độ động cơ tăng chậm cho đến khi bắt kịp tốc độ định mức. Bây giờ nếu một tải được đặt lên động cơ, tốc độ sẽ giảm hơn định mức và nếu tăng thêm tải thì tốc độ càng giảm. Bây giờ nếu tắt nguồn động cơ không dừng lại ngay lập tức vì nó sẽ có mômen quán tính, nó dừng từ từ. Bây giờ hãy xem đây là một trường hợp trong một máy in, dòng chảy ra giấy không dừng lại kịp thời,chúng tôi mất giấy mỗi khi chúng tôi bắt đầu và dừng lại. Chúng ta cần đợi động cơ chọn tốc độ và thời gian đúng hạn giấy bị mất. Điều này là không thể chấp nhận được đối với hầu hết các hệ thống điều khiển, vì vậy để giải quyết loại vấn đề này chúng tôi sử dụng động cơ bước.

Động cơ bước không hoạt động khi cung cấp liên tục. Nó chỉ có thể hoạt động trên các xung công suất được điều khiển và có thứ tự. Trước khi đi sâu hơn, chúng ta cần nói về động cơ bước UNIPOLAR và BIPOLAR. Như thể hiện trong hình trong động cơ bước UNIPOLAR, chúng ta có thể lấy điều chỉnh trung tâm của cả cuộn dây pha cho một điểm chung hoặc cho một nguồn điện chung. Trong trường hợp đầu tiên, chúng ta có thể lấy màu đen và trắng để làm điểm chung hoặc sức mạnh. Trong trường hợp 2 màu đen được lấy làm điểm chung. Trong trường hợp 3 màu cam đen đỏ vàng tất cả kết hợp với nhau vì một điểm chung hoặc sức mạnh.

Trong động cơ bước BIPOLAR, chúng ta có các đầu pha và không có vòi trung tâm và vì vậy chúng ta sẽ chỉ có bốn đầu cuối. Việc truyền động của loại động cơ bước này là khác nhau và phức tạp và mạch dẫn động cũng không thể được thiết kế dễ dàng nếu không có vi điều khiển.

Mạch mà chúng tôi thiết kế ở đây chỉ có thể được sử dụng cho động cơ bước kiểu UNIPOLAR.

Xung điện của động cơ bước UNIPOLAR sẽ được thảo luận trong phần giải thích mạch.

Các thành phần mạch

• +9 đến +12 điện áp cung cấp
• 555 IC
• Điện trở 1KΩ, 2K2Ω
• 220KΩ nồi hoặc biến trở
• Tụ điện 1µF, tụ điện 100µF (không bắt buộc, được kết nối song song với nguồn điện)
• 2N3904 hoặc 2N2222 (số lượng mảnh phụ thuộc vào loại bước nếu đó là giai đoạn 2, chúng tôi cần 2 nếu đó là giai đoạn bốn chúng tôi cần bốn)
• 1N4007 (số điốt bằng số của bóng bán dẫn)
• IC CD4017,.

Sơ đồ và giải thích mạch điều khiển động cơ bước

Hình bên cho thấy sơ đồ mạch của trình điều khiển động cơ bước hai giai đoạn. Bây giờ như được hiển thị trong sơ đồ mạch, mạch 555 ở đây là tạo xung nhịp hoặc sóng vuông. Tần số tạo xung nhịp trong trường hợp này không thể được giữ cố định nên chúng ta cần lấy tốc độ thay đổi cho động cơ bước. Để có được tốc độ thay đổi này, một nồi hoặc một giá trị đặt trước được tạo nhịp nối tiếp với điện trở 1K ở nhánh giữa chân ^thứ 6 và chân ^thứ 7. Khi nồi được thay đổi, điện trở trong nhánh thay đổi và do đó tần số của đồng hồ tạo ra bởi 555.

Trong hình, điều quan trọng chỉ là công thức thứ ba. Bạn có thể thấy rằng tần số tỷ lệ nghịch với R2 (là 1K + 220k POT trong mạch). Vì vậy, nếu R2 tăng tần số giảm. Và do đó nếu điều chỉnh nồi để tăng điện trở trong nhánh thì tần số của đồng hồ sẽ giảm.

Đồng hồ do bộ định thời 555 tạo ra được đưa đến bộ đếm DECADE BINARY. Bây giờ, bộ đếm nhị phân thập kỷ đếm số lượng xung được cung cấp tại đồng hồ và cho phép đầu ra chân tương ứng tăng cao. Ví dụ nếu số lượng sự kiện là 2 thì chân Q1 của bộ đếm sẽ ở mức cao và nếu đếm được 6 thì chân Q5 sẽ ở mức cao. Điều này tương tự như bộ đếm nhị phân tuy nhiên số đếm sẽ ở dạng thập phân (tức là, 1 2 3 4 __ 9) vì vậy nếu số đếm là bảy thì chỉ có chân Q6 sẽ cao. Trong bộ đếm nhị phân Q0, chân Q1 và Q2 (1 + 2 + 4) sẽ ở mức cao. Các đầu ra này được đưa đến bóng bán dẫn để điều khiển động cơ bước một cách có trật tự.

Trong hình, chúng ta đang thấy một mạch điều khiển động cơ bước bốn giai đoạn rất giống với hai giai đoạn một. Trong mạch này, có thể thấy rằng RESET được kết nối với Q2 trước đây được chuyển sang Q4 và các chân Q2 và Q3 đã mở được kết nối với hai bóng bán dẫn khác để có được bộ điều khiển bốn xung để chạy động cơ bước bốn giai đoạn. Vì vậy, rõ ràng là chúng tôi có thể lái động cơ bước lên đến mười giai đoạn. Tuy nhiên, người ta nên di chuyển chốt ĐẶT LẠI lên để phù hợp với việc điều khiển các bóng bán dẫn tại chỗ.

Các điốt được đặt ở đây là để bảo vệ các bóng bán dẫn khỏi sự tăng đột biến cảm ứng của cuộn dây động cơ bước. Nếu chúng không được đặt, người ta có thể có nguy cơ làm nổ các bóng bán dẫn. Tần số xung càng lớn thì khả năng nổ mà không có điốt càng lớn.

Làm việc của trình điều khiển động cơ bước

Để hiểu rõ hơn về chuyển động quay bước của động cơ bước, chúng ta đang xem xét động cơ bước bốn giai đoạn như trong hình.

Bây giờ, hãy xem xét một ví dụ, tất cả các cuộn dây đều được từ hóa tại một thời điểm. Rôto chịu các lực có độ lớn bằng nhau từ tất cả xung quanh nó và do đó nó không chuyển động. Bởi vì tất cả đều có độ lớn bằng nhau và đang biểu thị hướng ngược lại. Bây giờ nếu cuộn dây D chỉ bị nhiễm từ, các răng 1 trên rôto chịu một lực hấp dẫn đối với + D và răng 5 của rôto chịu một lực đẩy ngược chiều –D, hai lực này biểu thị một đồng hồ lực cộng tính khôn ngoan. Vì vậy, rôto chuyển động để hoàn thành một bước. Sau đó, nó dừng lại để cuộn dây tiếp theo có năng lượng để hoàn thành bước tiếp theo. Điều này tiếp tục cho đến khi bốn bước hoàn tất. Để rôto quay, chu kỳ xung này phải diễn ra.

Như đã giải thích trước đây, giá trị đặt trước được đặt thành giá trị cho một tần số xung nhất định. Đồng hồ này được đưa vào bộ đếm thập kỷ để có được kết quả đầu ra thường xuyên từ nó. Các đầu ra từ bộ đếm thập kỷ được cấp cho các bóng bán dẫn để điều khiển các cuộn dây công suất cao của động cơ bước theo thứ tự tuần tự. Phần khó khăn là, khi một chuỗi hoàn thành, ví dụ 1, 2, 3, 4, động cơ bước hoàn thành bốn bước và do đó nó sẵn sàng bắt đầu lại tuy nhiên bộ đếm có khả năng hoạt động trong 10 và do đó nó tiếp tục mà không bị gián đoạn. Nếu điều này xảy ra, động cơ bước phải đợi cho đến khi bộ đếm hoàn thành chu kỳ 10, điều này không thể chấp nhận được. Điều này được điều chỉnh bằng cách kết nối RESET với Q4 để khi bộ đếm đi được năm số đếm, nó sẽ tự đặt lại và bắt đầu từ một, điều này bắt đầu chuỗi bước.

Vì vậy, đây là cách mà bước liên tục nó bước và do đó, sự quay sẽ xảy ra. Trong hai giai đoạn, chân RESET phải được kết nối với Q2 để bộ đếm tự đặt lại ở xung thứ ba. Bằng cách này, người ta có thể điều chỉnh mạch để điều khiển động cơ bước mười bước.