- Giới thiệu về Động cơ bước
- Các loại động cơ bước
- Tính số bước trên mỗi cuộc cách mạng cho Động cơ bước
- Tại sao chúng ta cần mô-đun Trình điều khiển cho Động cơ bước?
- Ưu điểm của động cơ bước
- Nhược điểm của Động cơ bước
Từ đầu đĩa DVD hoặc máy in đơn giản trong nhà của bạn đến một máy CNC hoặc Cánh tay robot rất phức tạp, động cơ bước có thể được tìm thấy ở hầu hết mọi nơi. Khả năng thực hiện các chuyển động chính xác được điều khiển bằng điện tử của nó đã làm cho các động cơ này được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như camera giám sát, đĩa cứng, máy CNC, Máy in 3D, Robot, Robot lắp ráp, Máy cắt laser và nhiều hơn nữa. Trong bài viết này, hãy cùng chúng tôi tìm hiểu điều gì làm cho những động cơ này trở nên đặc biệt và lý thuyết đằng sau nó. Chúng tôi sẽ học cách sử dụng một ứng dụng dành cho bạn.
Giới thiệu về Động cơ bước
Giống như tất cả các động cơ, động cơ bước cũng có stato và rôto, nhưng không giống như động cơ DC thông thường, stato bao gồm các bộ cuộn dây riêng lẻ. Số lượng cuộn dây sẽ khác nhau tùy theo loại động cơ bước, nhưng bây giờ chỉ cần hiểu rằng trong động cơ bước, rôto bao gồm các cực kim loại và mỗi cực sẽ được hút bởi một tập hợp cuộn dây trong stato. Sơ đồ dưới đây cho thấy một động cơ bước có 8 cực stato và 6 cực rôto.
Nếu bạn nhìn vào các cuộn dây trên stato, chúng được sắp xếp theo các cặp cuộn dây, giống như A và A 'tạo thành một cặp B và B' tạo thành một cặp, v.v. Vì vậy, mỗi cặp cuộn dây này tạo thành một nam châm điện và chúng có thể được cung cấp năng lượng riêng bằng cách sử dụng mạch điều khiển. Khi một cuộn dây được cung cấp năng lượng, nó hoạt động như một nam châm và cực của rôto được căn chỉnh với nó, khi rôto quay để tự điều chỉnh để thẳng hàng với stato, nó được gọi là một bước. Tương tự, bằng cách cấp điện cho các cuộn dây theo thứ tự, chúng ta có thể quay động cơ theo từng bước nhỏ để thực hiện một vòng quay hoàn chỉnh.
Các loại động cơ bước
Chủ yếu có ba loại động cơ bước dựa trên cấu tạo, đó là:
- Động cơ bước có điện trở biến đổi: Chúng có rôto lõi sắt được hút về phía các cực của stato và cung cấp chuyển động bằng điện trở tối thiểu giữa stato và rôto.
- Động cơ bước nam châm vĩnh cửu: Chúng có rôto nam châm vĩnh cửu và chúng bị đẩy hoặc hút về phía stato theo các xung được áp dụng.
- Động cơ bước đồng bộ lai: Chúng là sự kết hợp của Biến trở và động cơ bước nam châm vĩnh cửu.
Ngoài ra, chúng ta cũng có thể phân loại động cơ bước là Đơn cực và Lưỡng cực dựa trên loại cuộn dây stato.
- Động cơ bước lưỡng cực: Các cuộn dây stato trên loại động cơ này sẽ không có dây chung. 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.
- Động cơ bước đơn cực: Trong loại động cơ bước này, chúng ta có thể lấy tâm của cả cuộn dây pha cho một điểm chung hoặc cho một nguồn điện chung như hình dưới đây. Điều này giúp dễ dàng điều khiển động cơ, có nhiều loại trong động cơ bước đơn cực
Được rồi, không giống như động cơ DC bình thường, động cơ này có năm dây với đủ màu sắc lạ mắt và tại sao nó lại như vậy? Để hiểu điều này, trước tiên chúng ta nên biết cách một bước mà chúng ta đã thảo luận. Trước hết, động cơ bước không quay, chúng bước và vì vậy chúng còn được gọi là động cơ bước. Có nghĩa là chúng sẽ chỉ di chuyển từng bước một. Các động cơ này có một chuỗi các cuộn dây có trong chúng và các cuộn dây này phải được cung cấp năng lượng theo một kiểu cụ thể để làm cho động cơ quay. Khi mỗi cuộn dây đang được cung cấp năng lượng, động cơ sẽ thực hiện một bước và một chuỗi cung cấp năng lượng sẽ làm cho động cơ thực hiện các bước liên tục, do đó làm cho nó quay. Chúng ta hãy nhìn vào các cuộn dây có bên trong động cơ để biết chính xác những dây này đến từ đâu.
Như bạn có thể thấy động cơ có sự sắp xếp cuộn dây dẫn 5 cực đơn cực. Có bốn cuộn dây phải được cấp điện theo một trình tự cụ thể. Các dây màu Đỏ sẽ được cung cấp + 5V và bốn dây còn lại sẽ được kéo xuống đất để kích hoạt cuộn dây tương ứng. Chúng tôi sử dụng bất kỳ bộ vi điều khiển nào để cung cấp năng lượng cho các cuộn dây này theo một trình tự cụ thể và làm cho động cơ thực hiện số bước cần thiết. Một lần nữa, có nhiều trình tự bạn có thể sử dụng, thông thường sử dụng 4 bước và để điều khiển chính xác hơn, bạn cũng có thể sử dụng điều khiển 8 bước . Bảng trình tự cho điều khiển 4 bước được hiển thị bên dưới.
Bươc |
Coil Energized |
Bước 1 |
A và B |
Bước 2 |
B và C |
Bước 3 |
C và D |
Bước 4 |
D và A |
Vậy bây giờ, tại sao động cơ này được gọi là 28-BYJ48 ? Nghiêm túc!!! Tôi không biết. Không có lý do kỹ thuật nào cho động cơ này được đặt tên như vậy; có lẽ chúng ta không nên đi sâu hơn vào nó. Hãy cùng chúng tôi xem xét một số dữ liệu kỹ thuật quan trọng thu được từ biểu dữ liệu của động cơ này trong hình bên dưới.
Đó là phần đầu chứa đầy thông tin, nhưng chúng ta cần xem xét một số thông tin quan trọng để biết loại bước chúng ta đang sử dụng để có thể lập trình nó một cách hiệu quả. Đầu tiên chúng ta biết rằng nó là động cơ bước 5V vì chúng ta cấp nguồn cho dây Đỏ với 5V. Sau đó, chúng ta cũng biết rằng nó là một động cơ bước bốn pha vì nó có bốn cuộn dây trong đó. Bây giờ, tỷ số truyền được đưa ra là 1:64. Điều này có nghĩa là trục mà bạn nhìn thấy bên ngoài sẽ chỉ thực hiện một vòng quay hoàn toàn nếu động cơ bên trong quay được 64 lần. Điều này là do các bánh răng được kết nối giữa động cơ và trục đầu ra, các bánh răng này giúp tăng mô-men xoắn.
Một dữ liệu quan trọng khác cần lưu ý là Stride Angle: 5.625 ° / 64. Điều này có nghĩa là động cơ khi hoạt động theo trình tự 8 bước sẽ di chuyển 5.625 độ cho mỗi bước và sẽ mất 64 bước (5.625 * 64 = 360) để hoàn thành một vòng quay đầy đủ.
Tính số bước trên mỗi cuộc cách mạng cho Động cơ bước
Điều quan trọng là phải biết cách tính số bước trên mỗi Revolution cho động cơ bước của bạn vì chỉ khi đó bạn mới có thể lập trình / lái nó một cách hiệu quả.
Giả sử chúng ta sẽ vận hành động cơ theo trình tự 4 bước để góc sải chân sẽ là 11,25 ° vì nó là 5,625 ° (được đưa ra trong biểu dữ liệu) cho chuỗi 8 bước, nó sẽ là 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).
Số bước trên mỗi vòng quay = góc 360 / bước Ở đây, 360 / 11,25 = 32 bước cho mỗi vòng quay.
Tại sao chúng ta cần mô-đun Trình điều khiển cho Động cơ bước?
Hầu hết các động cơ bước sẽ chỉ hoạt động với sự trợ giúp của mô-đun trình điều khiển. Điều này là do mô-đun điều khiển (Vi điều khiển / mạch Kỹ thuật số) sẽ không thể cung cấp đủ dòng điện từ các chân I / O của nó để động cơ hoạt động. Vì vậy, chúng tôi sẽ sử dụng một mô-đun bên ngoài như mô-đun ULN2003 làm trình điều khiển động cơ bước. Có nhiều loại mô-đun trình điều khiển và xếp hạng của một mô-đun sẽ thay đổi dựa trên loại động cơ được sử dụng. Nguyên tắc chính cho tất cả các mô-đun trình điều khiển sẽ là nguồn / chìm đủ dòng điện cho động cơ hoạt động. Ngoài ra còn có các mô-đun trình điều khiển có logic được lập trình sẵn trong đó, nhưng chúng ta sẽ không thảo luận về nó ở đây.
Nếu bạn muốn biết cách quay động cơ bước bằng cách sử dụng một số vi điều khiển và vi mạch điều khiển, thì chúng tôi đã đề cập đến nhiều bài viết về hoạt động của nó với các vi điều khiển khác nhau:
- Giao diện động cơ bước với Arduino Uno
- Giao diện động cơ bước với STM32F103C8
- Giao diện động cơ bước với vi điều khiển PIC
- Giao diện động cơ bước với MSP430G2
- Giao diện động cơ bước với vi điều khiển 8051
- Điều khiển động cơ bước với Raspberry Pi
Bây giờ tôi tin rằng bạn có đủ thông tin để điều khiển bất kỳ động cơ bước nào mà bạn yêu cầu cho dự án của mình. Chúng ta hãy xem xét lợi thế và bất lợi của động cơ bước.
Ưu điểm của động cơ bước
Một ưu điểm chính của động cơ bước là nó có khả năng kiểm soát vị trí tuyệt vời và do đó có thể được sử dụng cho các ứng dụng điều khiển chính xác. Ngoài ra, nó có mô-men xoắn giữ rất tốt khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng robot. Động cơ bước cũng được coi là có tuổi thọ cao hơn so với động cơ DC hoặc động cơ servo thông thường.
Nhược điểm của Động cơ bước
Giống như tất cả các động cơ Stepper Motors cũng có những nhược điểm riêng, vì nó quay khi đi từng bước nhỏ nên không thể đạt được tốc độ cao. Ngoài ra, nó tiêu thụ điện năng để giữ mô-men xoắn ngay cả khi nó là lý tưởng, do đó làm tăng mức tiêu thụ điện năng.