استپ موتور چیست ؟

استپ موتور یا موتور پله ای چیست ؟

موتور پله ای یا استپ موتور یک موتور الکتریکی DC است که دور کامل را به طور مساوی تقسیم میکند به تعدادی پله یا استپ موتور پله ای یا استپ موتور step motor یا استپر موتور stepper motor با اعمال پالس های ورودی در فاصله های کوچک مشخص می چرخد و هر پالس محور موتور را به اندازه مشخص می چرخاند.

موتور پله ای دارای دندانه های مغناطیسی در اطراف یک شفت مرکزی که از جنس آهن می باشد

.به منظور چرخاندن شفت در ابتدا به یکی از مغناطیس ها توان داده می شود که مغناطیس باعث جذب دندانه های دنده می گردد.

بنابراین زمانی که دندانه ی دنده روبروی اولین مغناطیس می ایستد نسبت به مغناطیس بعدی دارای یک فاصله می باشد.

این به این معنی است که در صورت روشن شدن الکترومغناطیس بعدی و خاموش شدن اولی ، دنده به آهستگی می چرخد تا دندانه روبروی مغناطیس دوم قرار گیرد یا به عبارت دیگر در استپر موتور ها در اطراف هسته مرکزی چندین الکترومگنت دندانه دار قرار دارند و در مرکز نیز یک سیلندر آهنی دندانه دار وجود دارد.

با برانگیخته شدن اولین الکترومگنت ، سیلندر مرکزی دندانه دار شروع به چرخش می کند تا دندانه های روی سیلندر دقیقا مقابل دندانه های اولین الکترومگنت قرار بگیرند.

با فعال شدن الکترومگنت بعدی و غیر فعال شدن الکترومگنت اولی،دندانه هایی که روی روتور قرار دارند با دندانه های الکترومگنت بعدی منطبق می شود به هر یک از این چرخشها یک گام یا استپ می گویند که تعداد مشخصی از این گام ها یک دور کامل موتور را می سازند. بنابراین یک استپرموتور با زوایای مشخص می چرخد.

این موتورها در هر استپ یا پله به میزان خاصی بر حسب درجه دوران می کند به این معنی که هر پالس به میزان مشخصی زاویه محور را تغییر می دهد.

برای مثال یک موتور 200 استپ در هر استپ 1/8 درجه دوران می کند. کنترل موقعیت در استپر موتور ها به این صورت است که نیاز به سیستم فیدبک ندارد و این نشان از دقت بالا در این موتور ها دارد.

انواع محصولات استپ موتور یا موتور پله ای

استپ موتور با مغناطیس دائم

موتور .M.P که یک روتور با آهنربای دایمی است.این نوع موتورها برای وسایلی باسرعت پایین،گشتاور بالا و زاویه پله باال مانند ۴۵ یا 90 درجه مناسب است.

ساختار ساده و هزینه کم این نوع موتور ها آنها را برای کاربرد های غیر صنعتی به یک انتخاب ایده آل تبدیل کرده است.

مانند پرینتر خطی بر خلاف بقیه موتور های پله ای روتور موتور های .M.P دندانه ندارند و برای مغناطیس شدن در جهت راست محور قطب خود طراحی شده اند.

اگر چه این موتوردارای سرعت نسبتا کمی است ولی گشتاور باالایی دارد.

طراحی این موتور ها به این صورت است که قطب های S و N در کنار یکدیگر به صورت موازی روی استوانه ای قرار می گیرند و روتور با توجه به جهت الکترومغناطیسی استاتور می چرخد تا روی استاتور قرار بگیرد.

استپ موتر با مقاومت مغناطیسی متغیر

این موتور از موتورها در مقایسه با دونوع دیگر، از ساختار داخلی ساده تری بر خوردارند.

از آنجا که روتور این موتور از ماده ای مغناطیس شونده ساخته شده است، با اعمال یک ولتاژ DC به سیم پیچ های اِستاتور، دندانه های روتور به سمت قطب الکترومغناطیس ایجاد شده جهت گیری می کنند و این جهت گیری باعث چرخش محورموتور می شود.

موتور .R.V از آهنربای دایمی استفاده نمیکند. موتور می تواند بدون محدودیت گشتاور حرکت کند. این نوع ساختار برای کاربرد های غیرصنعتی که نیاز به گشتاور موتور با درجه بالا ندارند مناسب است.

استپ موتور سنکرون هیبرید

موتورهای پله ای هیبرید Hybrid ،درحقیقت، ترکیبی از ساختار موتورهای پله ای با روتور مغناطیس شونده ومغناطیس دائم می باشند.

مرکز روتور در این نوع موتورها دارای قطبهای S است و دندانه های روتور، قطبهای N می باشند. آنها از پل های استاتور چند دندانه ای و یک روتور آهنربای دائمی ساخته شده اند.

موتور هیبرید استاندارد دارای ۲00 دندانه است که تحت زاویه 1.8 درجه می چرخد.

سایر موتورهای هیبرید تحت زاویه پله 9.0 و ۶.۳ ساخته شده اند.این موتورها دارای گشتاور استاتیکی و دینامیکی بالایی هستند و سرعت پله بالایی دارند.

موتورهای هیبرید به صورت گسترده درکاربردهای صنعتی مختلفی استفاده می شوند.

3 روش راه اندازی استپ موتور یا موتور پله ای

راه اندازی استپ موتور روش تمام پله Full Stepping

برای راه اندازی یک موتور پله ای نیاز به هیچ مداری نیست.

برای مثال برای راه ادازی یک موتور تک قطبی کافی است دو سیم مثبت را به سر مثبت منبع ولتاژ و صل کنید و سر منفی منبع ولتاژ را به ترتیب به سیم های a,b,c,d موتور اتصال دهید.

می بینید که موتور در جهت خاصی شروع به حرکت می کند .

یعنی هر بار که سیم منفی را به پایه ای از موتور وصل کنید ، موتور یک پله به جلو می رود و تا زمانی که ولتاژ منفی را از آن سیم قطع نکرده اید ، موتور روی همان پله قفل می شود برای اینکه موتور به حرکت خود در یک جهت ادامه دهد ، حتما باید سر منفی منبع به ترتیب به سیم های 1a,2a,1b,2b وصل شود.

جدول های زیر ترتیب اعمال ولتاژ مثبت و منفی را برای موتور های مختلف نشلن می دهد.این جدول معمولا در برگه راهنمای موتو رهم وجود دارد.

اگر پالس ها به ترتیب اعمال نشوند ، موتور در هیچ جهت خاصی حرکت نمی کند و مرتبا تغییر جهت می دهد.در این روش در هر پالس موتور یک پله جلو می رود .این روش تمام پله full stepping نام دارد.

راه اندازی استپ موتور روش نیم پله Half Stepping

روش دیگری هم به نام نیم پله half stepping وجود دارد که موتور را به ازای هر پالس به اندازه نیم پله جلو می برد.جدول زیر ترتیب اعمال پالس را در این روش نشان می دهد.

راه اندازی استپر موتور به روش میکرو استپینگ Micro Stepping

در این روش می توان فاصله بین دو پله را به چند قسمت تقسیم کرد و موتور را روی هر کدام از این موقعیت ها متوقف نمود و در واقع بع زاویه گام کوچکتری رسید .

همان گونه که دیدیم برای راه اندازی موتور پله ای نیاز به مدار خاصی نمی باشد فقط اینکه برای حل مسائل واقعی نیاز است که پالس ها بطور خودکار در زمان معین و تعداد معین و یا حتی گاهی بار سریع به موتور برسد.

در این مورد به سخت افزار برای راه اندازی موتور های پله ای نیاز می باشد که وسایلی هستند که قادرند موتور ها را راه اندازی کنند و جریان مورد نیاز آن ها را تامین کنند و برای راه اندازی خودشان نیاز به جریان زیاد نیست.

مشخصات استپ موتور یا موتور پله ای

ولتاژ	موتور های پله ای با ولتاژ کارهای مختلفی ساخته می شوند ، رایج ترین آن ها 5v,12v24v است.همواره اعمال ولتاژ کمی بالاتر از ولتاژ نامی موتور برای افزایش گشتاور در کارکرد بهتر موتور توصیه می شود.
جریان	مقدار جریانی که وقتی موتور در حال کار است در سیم پیچ ها جاری می شود. در ابتدای هر پله جریان بیشتر ی از سیم پیچ ها می گذرد.
گشتاور	گشتاور موتور یکی از مهمترین عوامل در انتخاب یک موتور است.گشتاور موتور معرف مقدار ماکزیمم گشتاوری است که می توان به موتور اعمال کرد بدون اینکه حرکت موتور دچار اختلال شود.
زاویه گام	زاویه گام ، زاویه ای است که شفت موتور با اعمال یک پالس طی می کند.زاویه گام معمولا بر حسب درجه بیان می شود . موتورهایی با زاویه گام های 90,15,7/5,3/6,1/8,0.72 درجه ساخته شده است.

استپ موتور یا موتور پله ای دوفاز

دو نوع تک قطبی و دو قطبی در سیم پیچی جهت هسته های مغناطیس موتور پله ای دو فاز وجود دارد.

موتور با سیم پیچی تک قطبی

سیم پیچی در موتور تک قطبی با سر مزکزی است.جهت برقراری میان مغناطیسی در هر قسمت از سیم پیچ جریان برقرار می شود.

در این مدل قطب های مغناطیسی بدون تغییر در جهت جریان می توانند معکوس گردند.
اساساً، هر فاز، دارای یک سر مرکزی مشترک است : سه سیم برای هر فاز و شش سیم برای یک موتور دو فاز. اغلب سر مشترک هر دو فاز با هم یکی شده و بنابراین هر موتور دارای پنج سیم می‌باشد.

به دلیل اینکه توان موتور همواره از این قطب وارد می گردد ، این موتر ها را تک قطبی می نامند.

یک میکروکنترلر یا کنترلر استپر موتور می‌تواند جهت فعال‌سازی ترانزیستورهای راه انداز در مسیر درست استفاده گردد.

این عملکرد موتورهای تک قطبی باعث محبوبیت آن‌ها گردیده‌است، این راحت‌ترین راه جهت یک حرکت زاویه‌ای است.

موتور با سیم پیچی دو قطبی

در این موتور ها در هر فاز یک سیم پیج وجود دارد.به دلیل استفاده بهتر از سیم پیچها، توان موتورهای دوقطبی نسبت به موتور تک قطبی هم وزن خود بیشتر است. این نوع سیم پیچی موتور به چند شکل قابل استفاده می باشد :

دو قطبی با سیم پیچ سری – باعث ارائه اندوکتانس بالاتر و جریان پایین‌تر در هر سیم پیچ می‌گردد.

دو قطبی با سیم پیچ اضافی – جریان بالاتری دارد اما باعث کاهش و بهینه شدن اندوکتانس می شود.

دو قطبی با یک سیم پیچ در هر فاز- راه اندازی موتور با نصف سیم پیچ قابل دسترس می‌شود و همچنین باعث کاهش گشتاور سرعت پایین با جریان مورد نیاز کمتر می‌گردد.

معایب و مزایای استپ موتور یا موتور پله ای

مزایا کنترل دیجیتالی ساده- فاقد خطای تجمعی – توقف ناگهانی بدون آسیب – بدون جاروبک – بدون نیاز به فیدبک پایدار- ساختمان مکانیکی ساده – راه‌اندازی ساده و ارزان

معایب توان خروجی – محدود دوران با پله ثابت – قادر به تغذیه بار با اینرسی زیاد نیست- پرش و نوسان زیاد-راندمان کم

کاربرد استپ موتور یا موتور پله ای

کارایی و امکانات یک استپ موتور بسیار بیشتر از انواع دیگر الکترو موتورها می باشد.

بدین لحاظ که بسیاری مکانیزم ها و حالات مختلف چرخش را می توان از آنها گرفت و همچنین این که کنترل این موتور ها بسیار آسان تر از سایرین است به طوری که عمدتا به وسایل کنترل سرعت اضافی از قبیل ترمز های الکتریکی و مکانیکی نیازی ندارند.

استپر موتور ها کاربرد گسترده ای در صنایع دارد و به طور کلی برای سیستم هایی که نیاز است موقعیت دقیق (افقی،عمودی) یا زاویه دقیق را تعیین کنیم باید از استپ موتور استفاده کنیم.

استپرموتور درصنایع خودروسازی به منظور کنترل میزان دور موتور (گاز)،افزایش دورموتور هنگاه روشن بودن کولر،جلوگیری ازکاهش ناگهانی دور موتور و ایجاد تعادل و وکنترل دور موتور.

در ساخت ماشین های CNC ، در صنایع رباتیک به منظور ساخت بازو ها و سایر اجزای دقیق رباتیک

پرینترهای سه بعدی و پرینتر های جوهرافشان

اسکنرها ، فلاپی درایو ها ،پلاتر ها ، دی وی دی درایو ها DVD Drive ، لنز بعضی از دوربین های دیجیتال

استپ موتور صنعتی

استپ موتور انکودر دار

استپ موتور کوچک

استپ موتور خطی

درایور استپ موتور

---

به منظور دریافت مشاوره , آگاهی از لیست قیمت و سفارش محصولات با مشاورین و کارشناسان شرکت گذرگاه صنعت و تجارت ایرانیان تماس حاصل فرمائید .

شماره تماس 89 200 888 – 021
فکس : 15 230 888 –021