با پیشرفت روز افزون علم و فناوری همواره نیاز های جدید به وسایل و دستگاه های جدید تر جهت هماهنگی همه بخشهای صنعت با این پیشرفت ، به وجود می آیند. بدین منظور شناخت و طراحی راه کارها و وسایل جدید امری است اجتناب ناپذیر.از جمله این پیشرفت ها ساخت نوع جدید و پیشرفته تری از موتورهای الکتریکی به نام استپ موتور ها یا موتورهای پله ای است که با کاهش انواع هزینه ها در صناع کم کم جای مکانیزم های پیچیده مکانیکی را خواهند گرفت.در این مقاله سعی شده است تا بسیار مختصر و متناسب با محدودیت ها بزبانی ساده و قابل درک ساختار و نحوه کارکرد و کنترل موتورهای استپی بررسی و بیان شود...
آشنایی با استپ موتور
چكیده:
با پیشرفت روز افزون علم و فناوری همواره نیاز های جدید به وسایل و دستگاه های جدید تر جهت هماهنگی همه بخشهای صنعت با این پیشرفت ، به وجود می آیند. بدین منظور شناخت و طراحی راه كارها و وسایل جدید امری است اجتناب ناپذیر.از جمله این پیشرفت ها ساخت نوع جدید و پیشرفته تری از موتورهای الكتریكی به نام استپ موتور ها یا موتورهای پله ای است كه با كاهش انواع هزینه ها در صناع كم كم جای مكانیزم های پیچیده مكانیكی را خواهند گرفت.در این مقاله سعی شده است تا بسیار مختصر و متناسب با محدودیت ها بزبانی ساده و قابل درك ساختار و نحوه كاركرد و كنترل موتورهای استپی بررسی و بیان شود.
مقدمه:
با درك میدان های مغناطیسی و كشف آنكه می توان انرژی الكریكی را به انرژی مكانیكی تبدیل نمود تحولی عظیم در تاریخ بشری بوجود آمد ، بگونه ای كه بشر روز به روز به تفكر و طراحی و ساخت وسایلی كه بتوانند با استفاده از انرژی الكتریكی ، انرژی مكانیكی تولید نمایند روی آورد. از این رو انواع موتور های الكتریكی به صحنه وجود آمده و همچنان سیر تكمیلی خود را طی نمودند تا به امروز كه می توان برای هر نوع كاربری ، نوع خاصی از موتورها را بكار برد. اما ساخت اسپ موتور با امكاناتی كه به طراحان و سازندگان ماشین آلات میدهد ، به گونه ای برجسته سبب كاهش هزینه ها در همه زمینه ها می شود. یكی از چندین مزایای بسیار زیاد این نوع الكتروموتورها تبدیل مكانیزم های بسیار پیچیده مكانیكی ، به تنها یك محرك استپی می باشد. در ادامه با این پدیده جالب آشنا تر خواهیم شد.
استپ موتور یا موتور پله ای
یك استپ موتور وسیله ای الكتریكی است چرخش زاویه ای گسسته یا پله ای دارد و با اتصال به ضربان هایی در فركانسی خاص كار می كند. هر ضربان فرستاده شده به موتور سبب حركت محور موتور تا زاویه ای معین می شود كه این زاویه ، زاویه استپینگ (Stepping Angle) نامیده می شود.
شكل 1 ساختمان ساده شده یك استپ موتور "Bifilar" مگنت دائمی را نشان می دهد.روتور از جنس آهنربای دائمی است و شش دندانه دارد كه با فاصله های مساوی و یك در میان در قطب های N و S اطراف روتور قرار دارند.استاتور چهار قطب دارد كه هر قطب دارای پیچه ای است كه این پیچه از مركز خروجی V را داراست.
پیچه های روی قطب های مختلف به هم وصلند بطوری كه فقط پنج سیم A , B , C , D & +V از موتور خارج می شوند.پیچه با ارسال جریان به سیم +V و خروج آن از یكی از سیمهای دیگر فعال می شود.
سیم پیچ ها در دندانه های استاتور به روشی پیچیده می شوند به طوریكه نتایج زیر حاصل می شود :
اگر سیم B فعال باشد ، قطب 1 شمال و قطب 2 جنوب خواهند بود و اگر سیم A فعال باشد قطب 1 جنوب و قطب 2 شمال می شود.
اگر سیم C فعال باشد قطب 3 شمال و قطب 4
جنوب و اگر سیم D فعال باشد قطب 3 جنوب و در عوض قطب 4 شمال خواهند بود.
عملكرد استپ موتورها براساس این قانون است كه وقتی قطبهای مشابه دفع می شوند ، قطبهای مخالف جذب می شوند. اگر سیم پیچ ها در توالی صحیح فعال باشند روتور در مسیر و جهتی معین خواهد چرخید.
شكل 2 نشان می دهدكه روتور هنگامی كه پیچه ها با توالی داده شده در جدول 1 فعال اند چگونه می گردد.
همانطور كه در شكل 2 مشاهده می شود ، ترتیب القاهای داده شده در در جدول 1 سبب چرخش روتور در جهت عقربه های ساعت می شود.
اگر توالی این القا ها معكوس شود ، جهت حركت نیز معكوس می شود.
اگر حتی همه القا ها متوقف شده و هیچ جریانی به موتور وارد نشود ، به علت وجود آهنرباهای دائمی در روتور بازهم مقداری جاذبه میان قطب ها و دندانه ها وجود دارد. از این رو حتی هنگامی هم كه هیچ تغذیه ای به موتور متصل نیست ، بازهم قدری ((گشتاور نگه دارنده)) در موتور باقی می ماند.
از شكل 2 می توان مشاهده نمود كه موتور زاویه استپینگ یا زاویه مرحله 30 درجه دارد و برای كامل كردن یك چرخه به 12 استپ یا مرحله نیاز دارد. تعداد مرحله ها در هر دور در یك موتور استپی با اضافه كردن دندانه های بیشتر روی روتور می تواند افزایش یابد و با اضافه كردن دندانه هایی به دندانه های استاتور ، زاویه استپینگ یا زاویه طی مرحله یك موتور استپی را می توان تا حد 1.8 درجه كوچك كرد به طوری كه برای طی یك چرخه دویست مرحله نیاز باشد.
برنامه القای پیچه ها در شكل 2 به القای تك فاز معروف است ; از آنجا كه در هر زمان فقط یكی از چهار پیچه فعال است.
در هر مرحله دندانه های روتور دقیقا رد مقابل دندانه های فعال استاتور قرار می گیرند. با این حال راه اندازی موتور با دو پیچه حامل جریان در یك زمان امری ممكن است (القای دو فازی). در این حالت دندانه های روتور خود را در میان دوتا از دندانه های فعال استاتور قرار می دهند. جدول 2 برنامه كاری و موقعیت روتور را برای القای دو فاز و تك فاز نشان می دهد.توجه داشته باشید كه زاویه مرحله یا همان Stepping Angle برای دو نوع القا یكی است بجز اینكه موقعیت های روتور با نصف زاویه مرحله تعیین می شوند.
اگر القای تك فاز و دو فاز با هم تركیب شوند ، یك حالت نیم مرحله (Half Step mode) حاصل می شود. در این حالت تعداد مراحل یا استپ ها در هر چرخه دو برابر است ; به طوری كه اگر موتوری در حالت مرحله كامل یا Full – Step برای كامل كردن چرخه به دویست دور نیاز داشته باشد ، در حالت نیم مرحله یا Half – Step به چهارصد دور برای تكمیل آن نیاز دارد. جدول 3 توالی كاركرد برای حالت نیم مرحله نشان می دهد.
استپ موتوری كه در بالا شرح داده شد از دو پیچه با در مقابل هم قرار دادن مگنت های همنام در هر قطب استفاده می كند. به این دلیل است كه این نوع ، استپ موتور "Bifilar" نامیده می شود.
نتیجه گیری
كارایی و امكانات یك استپ موتور بسیار بیشتر از انواع دیگر الكترو موتورها می باشد. بدین لحاظ كه بسیاری مكانیزم ها و حالات مختلف چرخش را می توان از آنها گرفت و همچنین این كه كنترل این موتور ها بسیار آسان تر از سایرین است به طوری كه عمدتا به وسایل كنترل سرعت اضافی از قبیل ترمز های الكتریكی و مكانیكی نیازی ندارند.
پس بر ماست تا با افزایش دانش خود در مورد این نوع كارامد از موتورهای الكتریكی سعی در استفاده هرچه بیشتر از امكانات آنها كنیم.
منبع : huppa.com
