Chọn Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước

Trong những ngày làm việc tại phòng thí nghiệm quang học của tôi, chúng tôi thường sử dụng động cơ bước để điều khiển các giai đoạn dịch chuyển và góc đo với độ nhạy cao để thu thập các phép đo phân giải không gian và quang phổ. Chúng tôi luôn sử dụng động cơ bước cho những ứng dụng này, nhờ vào độ trễ thấp và độ phân giải tốt của chúng. Bất kỳ động cơ bước nào cũng cần một bộ điều khiển để di chuyển giai đoạn theo hướng mong muốn.

Dù bạn đang thiết kế thiết bị đo lường nhạy cảm, hay bạn cần kiểm soát tốc độ và vị trí chính xác cho hệ thống điện cơ tiếp theo của mình, bạn sẽ cần chọn đúng bộ điều khiển cho động cơ bước của mình. Việc phối hợp một bộ điều khiển động cơ bước với một động cơ hai cực hoặc một cực là dễ dàng nếu bạn biết các thông số kỹ thuật nào cần kiểm tra trong bảng dữ liệu linh kiện của mình.

Các Loại Động Cơ Bước và Bộ Điều Khiển

Động cơ bước thông thường có thể được phân loại là thiết bị một cực và hai cực, chủ yếu liên quan đến cấu hình của các cuộn dây trong mỗi stator. Ở mức độ cơ bản nhất, những động cơ này hoạt động theo cùng một cách; các nam châm điện được bật lên một cách liên tiếp để quay trục đến vị trí mong muốn. Những động cơ này lý tưởng cho các ứng dụng cần kiểm soát vị trí chính xác; chúng không nên được sử dụng nếu tốc độ cao là yêu cầu. Những động cơ bước này bao gồm động cơ từ trở biến thiên, động cơ đồng bộ lai và động cơ nam châm vĩnh cửu.

Động cơ một cực tương đối đơn giản so với động cơ hai cực. Một động cơ một cực sử dụng một cuộn dây trên mỗi pha, và mỗi cuộn dây bao gồm một điểm chung. Nhờ có điểm chung, chỉ có một nửa cuộn dây mang dòng điện tại bất kỳ thời điểm nào, tạo ra mô-men xoắn thấp hơn so với động cơ hai cực chạy ở cùng điện áp/dòng điện. Động cơ bước một cực hai pha nói chung cần từ 5 đến 8 dây dẫn để kết nối với bộ điều khiển, tùy thuộc vào cách điểm chung được tích hợp vào cuộn dây stator. Một động cơ hai cực quay khi bộ điều khiển áp dụng một mô hình cụ thể của dòng điện tiến và lùi qua hai cuộn dây, do đó có tên là “hai cực”. Những động cơ này yêu cầu một cầu H cho mỗi pha để điều khiển.

Động cơ điển hình có hai pha để giảm số lượng dây dẫn. Rôto có thể có các cực bắc và nam xếp chồng lên nhau dọc theo trục rôto (cấu trúc hình lon) hoặc có răng mịn dọc theo trục; sự phân cách góc giữa những khu vực này trên trục xác định độ phân giải góc của động cơ bước.

Phối Hợp Động Cơ Bước và Bộ Điều Khiển

Các thông số quan trọng nhất trong thông số kỹ thuật của bộ điều khiển để phối hợp với một động cơ bước cụ thể là:

• Dòng điện không đổi so với điện áp không đổi. Độ tự cảm và điện trở một chiều của các cuộn dây sẽ khiến động cơ bước biểu hiện phản ứng chuyển tiếp. Điều này sau đó sẽ ảnh hưởng đến tốc độ mà động cơ của bạn đạt được mô-men xoắn đầy đủ. Các bộ điều khiển dòng điện không đổi cung cấp một luồng dòng điện mạnh mẽ, giúp động cơ đạt được mô-men xoắn đầy đủ trong thời gian ngắn hơn so với các bộ điều khiển điện áp không đổi. Các bộ điều khiển dòng điện không đổi thường bao gồm một mạch chopper, giảm dòng điện trong các cuộn dây khi nó vượt quá giới hạn chỉ định.
• Microstepping. Một số bộ điều khiển bao gồm một mạch nội suy tích hợp cung cấp bước đi ở các phần nhỏ của một bước. Độ phân giải có thể được giảm bằng các yếu tố từ 1/2 đến 1/16 so với kích thước bước tiêu chuẩn.
• Số pha. Các bộ điều khiển động cơ bước được thiết kế để điều khiển một số lượng pha nhất định. Các động cơ bước unipolar và bipolar thông thường sử dụng hai pha, mặc dù động cơ từ trở biến thiên sử dụng ba pha.

Hãy chú ý đến tần số cộng hưởng của động cơ bước và bộ điều khiển nếu bạn có ý định điều khiển động cơ liên tục. Nếu tần số của các xung điều khiển của bạn khớp với tần số cộng hưởng của động cơ, một rung động mạnh có thể xảy ra bên trong thân động cơ. Điều này có thể khiến trục rotor thoát khỏi đồng bộ với các cuộn dây stator, hiệu quả làm cho động cơ bị tắc.

Mặc dù cách đơn giản nhất để xây dựng một mạch điều khiển động cơ bước cho một động cơ unipolar liên quan đến một bộ hẹn giờ 555 và một số D flip-flops (hoặc H-bridges cho động cơ bipolar), có nhiều IC tích hợp cung cấp cùng một khả năng trong một gói nhỏ gọn, chi phí thấp.

Panasonic AN44069A-VF

Bộ điều khiển động cơ bước AN44069A-VF từ Panasonic là lý tưởng để điều khiển các động cơ bước bipolar với đầu ra 37 V và dòng điện không đổi 1.5 A. IC này bao gồm một mạch chopper để giới hạn đầu ra dòng điện và một bộ dao động PWM với hai tần số có sẵn cho việc điều khiển gần như liên tục. Bộ điều khiển này lý tưởng cho các động cơ bước cơ bản không yêu cầu kiểm soát vị trí cực kỳ chính xác (tức là, microstepping) hoặc mô-men xoắn cao.

Ảnh của bộ điều khiển động cơ bước AN44069A-VF từ Panasonic.

ON Semiconductor STK672-630CN-E

Bộ điều khiển động cơ bước dòng điện không đổi STK672-630CN-E từ ON Semiconductor được thiết kế để sử dụng với động cơ bước unipolar 2 pha. Bộ điều khiển này cung cấp đầu ra điện áp cao hơn (46 V) và đầu ra dòng điện (2.2 A) so với linh kiện trước. Tốc độ bước của động cơ được kiểm soát bằng một mạch đồng hồ bên ngoài, cung cấp khả năng kiểm soát tốc độ linh hoạt.

Sơ đồ khối của trình điều khiển động cơ bước STK672-630CN-E. Từ bảng dữ liệu STK672-630CN-E.

Allegro MicroSystems A4983SETTR-T

Trình điều khiển động cơ bước dòng điện không đổi A4983SETTR-T được thiết kế để điều khiển động cơ bước hai cực với dòng ra 2 A (2.5 A ở chu kỳ làm việc <20%) tại 35 V. Trình điều khiển này được đóng gói trong một gói 28 chân QFN với một tấm nhiệt. Trình điều khiển động cơ bước này cung cấp khả năng microstepping đến 1/16 bước, có thể được điều khiển số hóa bởi người dùng. Trình điều khiển động cơ bước này là lựa chọn tốt hơn cho các hệ thống yêu cầu cài đặt và đo lường vị trí chính xác hơn.

Sơ đồ ứng dụng với trình điều khiển động cơ bước A4983SETTR-T. Từ bảng dữ liệu A4983SETTR-T.

Có một số lượng lớn trình điều khiển động cơ bước có sẵn trên thị trường, có thể khiến việc xác định trình điều khiển nào là tốt nhất cho động cơ bước cụ thể của bạn trở nên khó khăn. Octopart cung cấp cho bạn quyền truy cập vào một loạt các động cơ bước và các lựa chọn trình điều khiển động cơ bước. Hãy thử sử dụng hướng dẫn Chọn Phần của chúng tôi để xác định lựa chọn tốt nhất cho sản phẩm tiếp theo của bạn.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.