استپ موتور ها ، موتور های DC می باشند که به صورت پله ای عمل کرده ودارای چندین نوع سیم پیچ می باشند در ادامه برای آشنایی بیشتر با این نوع از موتور ها ما را همراهی نمائید.
در این مقاله آموزشی به بررسی انواع استپ موتورها؛ مزایا و معایب آنها و در نهایت به روش راه اندازی استپ موتور می‌پردازیم.
استپ موتور چیست و چگونه کار می کند؟
استپ موتور چیست ؟ موتور پله ای نوعی از موتور dc است که به صورت گسسته حرکت میکند. درون موتور پله ای چندین سیم پیچ وجود دارد که در گروه هایی به نام فاز قرار داده شده اند. با عبور ال
با کنترل کردن گام های این موتور توسط یک مولد پالس، مانند یکplc یا کنترلر یا میکروکنترلر استپ موتور، و ارسال آن به درایو ، میتوان کنترل سرعت و موقعیت بسیار دقیقی به دست آورد. به همین دلیل استپر موتورها گزینه هایی مناسب برای استفاده در پروژه هایی هستند که نیاز به کنترل حرکت دقیق دارند است .موتور ها در اندازه ها و انواع مختلف با مشخصات الکتریکی متفاوت برای کارهای صنعتی مختلفی وجود دارند که بر حسب نیاز می توان یکی از آن ها را انتخاب کرد.
اکتریسیته از هر یک از این فازها، موتور با سرعت یک گام در واحد زمانی به چرخش در می آید.
استپ موتور یا موتور پله ای Stepper Motor
اصلی ترین ویژگی موتور پله ای که آن را از سایر موتور ها متمایز میکند این است که، میتوان شفت این گونه از موتورها را با اعمال پالس‌های مناسب الکترونیکی به صورت گسسته به حرکت درآورد و در محل مورد نیاز قرار داد.
نکته قابل توجه این است که در این گونه موتورها نیازی به گرفتن فیدبک از موقعیت محور نیست. بر خلاف موتورهای پله ای، در سروو موتورها (Servo Motors) و موتورهای DC که عمکرد پیوسته‌ای در چرخش محور موتور از خود نشان میدهند، اطلاع لحظه به لحظه از موقعیت محور موتور برای قرار دادن آن در موقعیت خاص لازم است که این عمل نیازمند صرف هزینه و انجام عملیات کنترلی ویژه‌ای است.
اجزا تشکیل دهنده استپ موتور کدامند؟
استپ موتور از قسمت های استاتور، روتور و قاب های سر و انتها تشکیل شده است.
استاتور : در قسمت استاتور تعدادی سیم پیچ با هم گروه بندی شده اند. مثلا در استپ موتور دو فاز دو گروه سیم پیچ میبینید که از داخل با هم اتصال دارند که نهایتا چهار سیم از آن ها بیرو ن آمده که دو به دو به هر کدام به گروه سیم چیپ ها متصل اند. در استپ موتور سه فاز شش سیم خروجی خواهید داشت و در استپ موتور 5 فاز 10 سیم خروجی. البته این نکته باید گفته شود که در موتور های پله ای گاها این ده سیم یا شش سیم از داخل با یکدیگر سری یا موازی میشوند و بیرون می آیند.
روتور : روتور معمولا بسته به اینکه گشتاور موتور پله ای و طول موتور پله ای چقدر است تعداد طبقات کمتر یا بیشتری دارد. مثلا در یک موتور پله ای که 4 طبقه است اگر میخواهد طول بیشتری داشته باشد میتواند تا 8 طبقه شود که در نتیجه آن گشتاور استپ موتور بیشتر میشود یا میتواند طول آن به 2 طبقه کاهش پیدا کند که در آن صورت نیز گشتاور استپ موتور نصف خواهد شد.
قاب موتور پله ای : در تمامی موتور های پله ای بر خلاف باقی موتورها که بوش و بلبرینگ وجود دارد در موتور پله ای در دو طرف فقط بلبرینگ می بینید. علت عمر بالای استپ موتور هم همین موضوع است یعنی اثری از ذغال نمیبینید که بخواهد تمام شود یا اینکه بوشی وجود ندارد که بوش بخواهد جا بیندازد و خراب شود و عملکرد موتور پله ای با مشکل مواجه شود.
انواع STEPPER MOTOR چیست ؟ کاربردهای آنها کدام است؟
این موتور ها شامل 3 نوع
- 2 فاز
- 3 فاز
- 5 فاز
میباشد.
مقایسه: 1) از لحاظ سرعت 5 فاز > 3 فاز > 2 فاز
2) از لحاظ دقت کار کرد 5 فاز > 3 فاز > 2 فاز
3) صرفه اقتصادی 2 فاز > 3 فاز > 5 فاز
4) موجود بودن در بازار 2 فاز > 5 فاز > 3 فاز
نحوه کارکرد استپ موتور (Motor Control Applications – Stepper Motor)
سرعت موتور با فرکانس پالس ها کنترل می شود. استپ موتور برای موقعیت دقیق با یک موتور، مانند درایوهای هارد دیسک، رباتیک، آنتن ها، تلسکوپ ها و برخی اسباب بازی ها استفاده می شود.
استپ موتورها به طور موثر متشکل از الکترومغناطیس های “دندانه یا toothed ” می باشند که در اطراف قطعه ای از آهن به شکل چرخ دنده مرکزی قرار گرفته اند. الکترومغناطیس ها توسط یک مدار درایورخارجی یا یک میکرو کنترلر انرژی می گیرند. برای ایجاد شفت موتور، ابتدا به الکترومغناطیس قدرت داده می شود تا دندانه های چرخ دنده را به صورت مغناطیسی جذب کند. هنگامی که دندانه های چرخ دنده به اولین الکترومغناطیسی هم تراز شده اند، از الکترومغناطیس بعدی خنثی می شوند.
این بدان معنی است که وقتی الکترومغناطیس بعدی روشن می شود و الکترومغناطیس اول خاموش می شود، چرخ دنده برای هم تراز شدن با دنده بعدی می چرخد. این فرایند به همین منوال تکرار می شود. هر یک از این چرخشها ، با مقدار صحیحی از استپهایی که چرخش کامل را انجام میدهند “استپ” نامیده می شود . عدد صحیح در موتور ، مراحل چرخش کامل آن را نشان می دهد. به این ترتیب، موتور با یک زاویه دقیق می چرخد.
عملکرد استپ موتور به شدت به مدار درایور بستگی دارد. اگر قطب های استاتور با سرعت بیشتر تغییر کنند ، منحنی های گشتاور ممکن است به سرعت بیشتر افزایش یابد. عامل محدود کننده ترکیبی از الگوی استوانه است. برای غلبه بر القایی و چرخاندن سریع سیم ها، باید ولتاژ درایو را افزایش دهیم. این امر منجر به ضرورت محدود کردن جریان می شود که این ولتاژ بالا ممکن است در غیر اینصورت تحریک شود.
مقایسه انواع استپ موتور از لحاظ کاربرد
- استپ موتورهای 3 فاز بیشتر در حرکتهای با رفت و برگشت زیاد و سریع به کار می روند.
- استپ موتورهای 5 فاز در حرکتهای با سرعت و دقت بالا به کار گرفته می شوند، تا جاییکه یک استپ موتور 5 فاز با درایور میکرواستپ می تواند دقتی تقریبا معادل یک سرو موتور 17 بیتی داشته باشد.
- استپ موتورهای 5 فاز با درایور معمولی (Full/Half) لرزش بسیار کمی دارند و جز در موارد با دقت زیاد، نیازی به درایور میکرو استپ ندارند.
- استپ موتور های دو فاز با درایور معمولی (Full/Half) لرزش زیادی دارند و می بایست برای حذف لرزش آنها از روشهای مکانیکی استفاده نمود.
- به صورت کلی، اگر در پروژه های خود از سرو موتور (+گیربکس) استفاده می کنید، ولی به سرعت بالایی نیاز ندارید (کمتر از 500RPM) و گشتاور مورد نیازتان نیز کمتر از 30N.M است، می توانید جهت کاهش هزینه های خود به موتور پله ای فکر کنید.
مزایا و معایب موتور پله ای
مزایای موتور های پله‌ای:
۱- وابستگی مقدار چرخش شفت به پالس‌های ورودی.
۲- امکان ثابت نگه داشتن محور در موتورهای پله ای به شرط تحریک شدن سیم‌پیچ‌ها با جریان مناست.
۳- مکان‌یابی دقیق.
۴- پاسخ بسیار عالی به دستورهای حرکت، توقف و چرخش معکوس.
۵- عمر طولانی در این گونه موتورها به دلیل فقدان جاروبک.
۶- امکان کنترل حلقه باز (Open loop control).
۷- دستیابی به سرعت‌های بسیار پایین.
معایت موتورهای پله ای:
۱- در صورت کنترل نادرست ممکن است موتور به حالت تشدید درآید . در این حالت محور موتور به جای چرخش شروع به لرزیدن می کند.
۲- با موتور پله ای نمی توان به سرعت های بالا دست یافت.
مزایا و معایب استفاده از استپ موتور
مزایای استپ موتور : با هزینه خیلی کم پروژه های کنترل موقعیت میتوان انجام داد. ابعاد کوچکی دارند و در ابعاد کوچک گشتاور زیادی میتوانند اعمال کنند. سایزبندی های مختلف دارند و بسته به پروژه های مختلف میتوان از آن ها استفاده کرد. درایورهای آن ها درایور های ساده ای است و کار با آن ها ساده است.
معایب استپ موتور : در سرعت های خیلی بالا نمیتوانند کار بکنند. اگر در پروژه اینرسی بار زیاد باشد احتمال اینکه خطایی رخ دهد وجود دارد و آن خطا باید به نوعی اصلاح شود به این صورت که درسیستم کالیبراسیون قرار داد یا انیکه انکودری داشته باشید تا خطاها را تشخیص دهد.
نسل جدید استپ موتورها (ezi-servo) چگونه کار می کند و چه مزایایی در مقایسه با سرو موتورهای ac دارد ؟
ایزی-سروو ها (Ezi-Servo)، استپ موتورهای انکودردار (Closed-Loop Step Motor) هستند که با درایور استپ موتور مربوطه می توانند به صورت سرو (حلقه بسته) و با دقت بالا عمل نمایند.
ایزی-سرو ها در مقایسه با سرو موتورهای معمول AC موجود در بازار:
1- قیمت پایین تر نسبت به سرو موتورهای با گشتاور مساوی دارند.
2- ابعاد کوچکتر نسبت به سرو موتورهای با گشتاور مساوی دارند.
3- با توجه به اینکه در دور پایین، گشتاور بالایی تولید می کنند، جایگزین مناسبی جهت ترکیب سرو موتوو گیربکس خورشیدی در CNC ها بوده و با قیمت پایین تر، بدون لقی عمل می نمایند.
4- با توجه به ساختار استپ این نوع موتورها، از خطاهای ناشی از Tuning ناصحیح سرو موتور در تثبیت موقعیت جلوگیری می شود.
5- با توجه به میکرو استپ بودن درایور این موتورها، هیچ گونه لرزشی در هنگام کار وجود ندارد.
6- تقریبا همیشه درسروو موتور ها در هنگام کنترل موقعیت، خطای ناشی از Overshoot وجود خواهد داشت که در ساختار استپ گونه سرو استپ ها چنین خطایی رخ نمی دهد.
7-این نوع موتورها با توجه به ساختار استپ آن، نمی توانند در دورهای بالا کار کنند.
میکرو استپ در درایور استپ موتور به چه معناست؟
گام حرکت پیش فرض موتور های پله ای به طور عمومی به این صورت است:
- استپ موتور دو فاز: 0.9 یا 1.8 درجه
- استپ موتور سه فاز: 0.6 یا 1.2 درجه
- استپ موتور پنج فاز: 0.75 درجه
این به این معنی است که با ولتاژدهی فاز بعدی نسبت به فاز قبلی، این مقدار زاویه توسط استپ موتور طی خواهد شد.
میکرواستپ در درایور استپ موتور چگونه عمل می کند؟
درایورهای میکرواستپ بجای آنکه ولتاژ را به صورت صفر و یک به فازهای متوالی موتور تحویل دهند، آن را تقسیم نموده و به عنوان مثال در میکرواستپ با تقسیمات 16، در مرحله اول 1/16 ولتاژ را به فاز اول و 15/16 آن را به فاز دوم تحویل می دهند. در مرحله دوم 2/16 را به فاز اول و 14/16 را به فاز دوم. و به این ترتیب رزولوشن حرکت موتور را ریزتر و دقیقتر می کنند.
میکرواستپ بالا چه تأثیری دارد؟
این امر باعث می شود دقت حرکت موتور پله ای بالا رفته و در عین حال لرزش موتور پله ای بمقدار زیادی کنترل شود.
میکرواستپ بالا چه معایبی دارد؟
در میکرو استپ های بالا، باعث کاهش گشتاور موتور شده و احتمال گم کردن پالس نیز زیاد می شود.
در آخر : برای کسب اطلاعات و مشاوره دقیق در مورد انواع موتور های سی ان سی و مشاوره خرید با کارشناسان ما درتماس باشید.
