مقاله آشنایی با موتورهای پله

آشنایی با کارکردهای موتـورهای پلـه ای :

موتور ها نقش مهمی را در صنعت و به صورت کلی ، در اتوماسیـون ایفا می کنند . در این میـان ، موتورهای پلـه ای ، در هر موقـعیتی که نیـاز به حرکت دقیـق یک موتـور باشـد ،  نقشی کلیدی دارند . می توان کار اصلی این موتورها را ، موقعیت یابی ذکر کرد. این ویژگی ، کاربرد آنها را در رباتیک و کامپیوتر ، گسترش داده است .

برای مثال تعیین موقیت هد هارد دیسک کامپیوتـر ، سـی دی درایـو یا فـلاپی درایو ، بر عهـده یک Stepper اسـت . همچنین در رباتهـا ( نظیر Micro Mouse ها ) ، به علت نیاز به حرکت جلـو ، عقـب و چرخـش به صورت کاملا دقیق و حساب شده ، از این موتورها برای نیروی محرکه اصلی استفاده می شود .

از مزایای این موتـورها می توان دقت قابـل قبـول آنها را در حرکتهـای مختلف ، نام برد . کنترل و راه اندازی ساده تر و دقیق تر نسبت به موتـورهـای DC ، از دیگر جاذبـه هـای ایـن نوع موتور، برای طراحان به شمار می رود .

موتورهای پله ای ، بنا به کاربردهای مختلف و شرایط کاری گوناگون ، از لحاظ ساختمـان داخلی ، قدرت و . . .  انواع مختلف دارند . در اینجا به معرفی پرکاربرد ترین آنها می پردازیم .

انواع موتور پله ای :

معمـولاً دو نـوع ساختـار کلـی بـرای این موتـور ها وجـود دارد : میدان مغنـاطیسی دائم و میدان مغناطیس متغیر . موتور های میدان مغناطیس دائم، شامل دو نوعِ یک قطبی و دو قطبی هستند .

موتور های دو قطبی Bipolar Motors

کارکــرد این نـوع مـوتـور ، شامـــل چرخش میدان مغناطــیســی دائـم(روتور) است . روتور به وسیله قطبهای اســتاتــور ،که سیم پــیـچـهـا را حـمل می کند ، احاطه شده است . موتور ، حرکت پله ای خود را ، با درایو کردن دو طرفه ی جریان و سویچ کردن متوالی سیم پیچ ها ، انجام می دهد .

اولین چیز ، انرژی دادن به سیم پیچها در یک توالی خاص است. مثل توالی زیرAB/CD/BA/DC  .BA یعنی عکس حالت AB ، به سیم پیچ جریان داده شود.

این توالی، با نامِ یک فاز روشن(One Phase On) یا استپ کامل (Full step or Wave drive) شناخته می شود. در این نوع توالی ، در هر لحظه، فقط به یک فاز انرژی داده می شود.

 دومین حالت ممکن ، انرژی دادن به هر دو فاز ، به طور همزمان است ، به طوری که روتــور همیشه بین موقعیت دو قطب قرار می گیرد( به خط می شود) . ایـن توالـی به نام زیر معرفی می شود : Two-phase-on full step

این حالت ، توالی نرمال درایو کردن برای یک موتور دو قطبـی اسـت و بیشتـریـن گشـتـاور چرخشی را می دهد.

سومین حالت ممکن ، انرژی دادن به یک فاز ، سپس دو فاز ، بعد یک فاز به تنهایی و... که موتور نیم پله ، نیم پله به حرکتش ادامه می دهد. این ترتیب انرژی دادن را که زاویه پله های موتور 45 درجه است ، حالت نیم پله یا Half Step Mode می گویند. نسبت به حالت قبل زاویه چرخش متوالی کمتر شده ، اما گشتاور تحویلی موتور منظم نیست.

برای چرخش در جهت عکس (CCW) همان سه ترتیب قبلی استفاده می شود ، فقط با ترتیب عکس.

همانطور که در دیاگرام ها دیده می شود ، موتور پله های 90 و 45 درجه ای را طی می کند . موتور های واقعی و عملی ، دارای چند قطب هستند تا زاویه هر پله را به چند درجه ( کمتر از 45 درجه ) کاهش دهند. شکل ظاهری یکی از این موتور ها را در صفحه بعد می بینید.

موتورهای یک قطبی Unipolar Motors

یک موتور مغناطیس دائم تک قطبی ، همانند ماشین دو قطبی ، که در بالا شرح داده شد ، توصیف می شود، با این تفاوت که ، در ساختار تک قطبی ، از سیم پیچ های دو رشته ای برای معکوس کردن فلوی مغناطیسی در روتور استفاده می شود. ( درایو دو طرفه )

راه اندازی این موتور ها به همان روش های ذکر شده در قسمت دو قطبی می باشد، با این تفاوت که برای راه اندازی نوع تک قطبی ، از درایور های پل استفاده می شود. منظور از درایور پل طبقات تک قطبی ساده ، یا به عبارت دیگر ، چهار دارلینگتون ( آرایش چهار دارلینگتونی ، quad darlington array ) می باشد.

این موتورها بسیار گران هستند ، زیرا تعداد سیم پیچ های آنها ، دو برابر نوع قبلی است. از این گذشته موتورهای تک قطبی، با وجود اندازه بزرگشان ، به دلیل اینکه سیم پیچ ها از سیم های نازک ساخته می شوند ، گشتاور کمی می دهند.

این نوع موتور از سوی طراحان ، جالب توجه می باشد چون طبقه راه اندازی را ساده می کنند. برای این منظور، راه انداز های پوش-پول یکپارچه مانند L298N که برای دو قطبی ها نیز استفاده می شوند ، جنبه عمومی پیدا می کنند.

همه موتور های مغناطیس دائم ، از یک نیروی برقرانی متقابل (EMF) ، که به وسیله روتور ایجاد می شود ، ضرر می بینند ، به این دلیل که ،این نیرو سرعت چرخش را محدود می کند. زمانی که به سرعت زیاد برای چرخش نیاز می شود ( بنا به نوع استفاده ) ، موتور با رلـوکـتـانـس ( مقاومت مغناطیسی ) متغیر استفاده می شود.

موتورهای رلوکتانس متغیر Variable Reluctance Motors

یک موتور رلوکتانس متغیر ، دارای یک روتور آهن نرم غیر مغناطیس است ، که تعداد قطبهای روتور از تعداد قطبهای استاتور کمتر می باشد.

برای راه اندازی ، از راه اندازی تک قطبی استفاده می شود. موتور به وسیله انرژی دادن به جفت قطبهای استاتور، برای به حرکت در آوردن و به خط کردن روتور، در راستای قطبهایی که کویلهایشان انرژی دارند، حرکت پله ای انجام می دهد.

این بار هم سه نوع ترتیب مختلف برای انرژی دادن به سیم پیچها را انجام می دهیم :

n   ترتیب موج گونه (Wave Drive : (A / C / B / D

n   ترتیب دو فاز روشن (two-phase-on : (AC / CB / BD / DA

n   ترتیب نیم پله (half step : ( A / AC / C / BC / B / BD / D / DA

توجه شود که زاویه هر پله برای این نوع موتور 15 درجه است ، و نه 45 درجه.

همانطور که در مطالب قبل نیز گفته شد ، در موتورهای عملی معمولی ، سیم پیچها و قطبهای متعددی به کار گرفته می شوند ، تا زاویه چرخش به حداقل برسد.

برای این موتور ثابت می شود که حداقل زاویه چرخش از فرمول زیر به دست می آید :

12=360آ° ( 1 r + 1Zs)'>

که داریم :  Zs = تعداد قطبهای استاتور  -   Zr = تعداد قطبهای روتور

انواع دیگر :

معمولا برای معرفی یک استپر موتور ، یا حداقل زاویه چرخش ( Full Step ) ، و یا تعداد پله در دور ذکر می شود . مدلهای موتور پله ای که تا اینجا ذکر شد بیشترین استفاده را در کارهای عمومی دارندکه دارای زاویه های چرخش متفاوت هستند . این زاویه ها از حدود 1.8 درجه تا 15 یا 18 درجه متفاوت هستند . برای کارهای فوق العاده حساس و پیچیده ، از تکنولوژی دیگری در این موتورها استفاده می شود که برای تعداد پله در دور، عدد بزرگی به دست می آید . به این سیستم Micro Step گفته می شود که در حقیقت ، بعد از راه اندازی Full Step و Half Step ، نوع سوم راه اندازی می باشد . زمانی که از این تکنولوژی استفاده می شود ، قادر هستیم که یک پله را به 256 قسمت تقسیم کنیم . یعنی می توان در هر دور نزدیک به 50000 پله را ایجاد کرد .

راه اندازی موتور :

برای کنترل دور موتورهای DC ، که با جریان ثابت می توانند حرکت کنند  از PWM می توان استفاده کرد  . روش PWM اگر چه ساده است ولی روش دقیقی محسوب نمی شود . به دلیل معلوم بودن تعداد پله در دور یک موتور پله ای ، می توان با دقت فوق العاده بالایی سرعت چرخش این موتور را کنترل نمود ، که این خود بهترین دلیل برای ترجیح دادن یک موتور پله ای بر یک موتور DC و روش PWM می باشد .

 شرمنده که شکل نداره ! فعلا همینو داشته باشین تا تر و تمیزش هم از راه برسه!!

اگه نظر بدین بقیشم میذارم . البته به همراه کار با میکرو و ......