انواع استپ موتور و کاربردهای آن

0
283
استپ موتور 1.65 آمپر و 1.8 درجه BYGH403 مناسب برای پرینترهای سه بعدی

استپ موتور یک دستگاه الکترومکانیکی است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. همچنین یک موتور الکتریکی براشلس و همزمان است که می تواند یک چرخش کامل را به تعدادی مراحل تقسیم کند. موقعیت موتور می تواند بدون هیچ مکانیزم بازخوردی کنترل شود، در حالیکه سایز موتوری باید متناسب با کاربردش باشد. موتورهای پله ای شبیه به موتورهای رلوکتانسی هستند.

ساختمان داخلی استپ موتور

ساختمان داخلی استپ موتور

موتور پله ای از تئوری عملکردی برای آهنربا استفاده می کند تا موجب شود زمانیکه یک پالس برق تولید می شود، شافت موتور از یک فاصله دقیق بچرخد. استاتور دارای هشت قطب و روتور دارای شش قطب می باشد. روتور نیاز به ۲۴ پالس الکتریسیته برای حرکت به اندازه ۲۴ گام دارد تا یک دور کامل بچرخد. راه دیگر برای تشخیص روتور این است که دقیقا به اندازه ۱۵ درجه به ازای هر پالس برقی که موتور دریافت می کند، می چرخد.

انواع استپ موتور

  • استپر آهنربای دائم
  • استپر سنکرون هیبریدی
  • استپر رلوکتانس متغیر

استپر آهنربای دائم

استپر آهنربای دائم

این موتور پله ای از یک آهنربای دائمی (PM) در روتور استفاده می کند و عملیات جذب یا دفع را بین آهنربای روتور و میدان الکترومغناطیسی استاتور اجرا می کند.

استپر رلوکتانس متغیر

ساختار استپر رلوکتانس متغیر

موتورهای رلوکتانس متغیر دارای یک روتور آهنی ساده هستند و از آنجاییکه نقاط روتور توسط قطب های مغناطیسی استاتور جذب می شوند، مبتنی بر این مسأله عمل می کنند که رلوکتانس (مقاومت مغناطیسی) حداقل با حداقل شکاف رخ دهد.

استپر سنکرون هیبریدی

استپر سنکرون هیبریدی به دلیل استفاده از تکنیک ترکیب مغناطیس ثابت و مقاومت مغناطیسی متغیر برای دستیابی به بیشترین توان در پکیج های کوچک، اینگونه نامگذاری شده اند.

مزایای استپ موتورها

میکرو استپ موتور 9MM
  • زاویه چرخش موتور متناسب با پالس ورودی است.
  • گشتاور راه اندازی موتور ماکزیمم است.
  • موقعیت یابی دقیق و تکرارپذیری حرکت در استپ موتورها بسیار خوب است و دارای دقتی بین ۳ تا ۵% می باشد.
  • دارای پاسخ عالی به شروع، توقف و بازگشت است.
  • به دلیل اینکه هیچ تماس براشی در موتور وجود ندارد، موتور پله ای کاملا قابل اطمینان است. بنابراین عمر موتور به عمر یاتاقان بستگی دارد.
  • پاسخ موتور به پالس های ورودی دیجیتال، کنترل حلقه باز ایجاد می کند، همچنین کنترل موتور را ساده تر و کم هزینه تر می کند.
  • با استفاده از باری که مستقیما به شافت وصل است، می توان به چرخش همزمان با سرعت بسیار پایین دست یافت.
  • دارای دامنه وسیعی از سرعتهای چرخش است، زیرا سرعت در این نوع موتورها متناسب با فرکانس پالس های ورودی می باشد.

استپ موتور چه کاربردهایی دارد؟

  • ماشین آلات صنعتی: استپ موتورها در تجهیزات اتوماتیک اندازه گیری و تنظیمات اتومبیل کاربرد دارند.
  • امنیت: در محصولات جدید نظارتی برای صنعت امنیت نیز به کار می رود.
  • پزشکی: موتورهای پله ای در اسکنرهای پزشکی، نمونه بردارها استفاده می شوند و همچنین در عکاسی دیجیتالی دندانپزشکی، پمپ های مایع، دستگاه تنفس و دستگاه های آنالیز خون کاربرد دارد.
  • لوازم الکترونیکی غیر صنعتی: استپ موتورها در دوربین های دیجیتال برای فوکوس و بزرگنمایی اتوماتیک نیز استفاده می شوند.
  • همچنین در دستگاه های تجاری و جانبی کامپیوتر نیز کاربرد دارند.

عملکرد موتور پله ای

مدار استپ موتور

استپ موتورها نسبت به موتورهای براش DC متفاوت عمل می کنند، بطوریکه زمانی ولتاژ به ترمینالهای آن اعمال می شود، می چرخد. استپ موتورها دارای چندین آهنربای دندانه ای هستند که به دور یک قطعه آهن شبیه به چرخدنده قرار گرفته اند. انرژی آهنربا توسط یک مدار کنترل خارجی به عنوان مثال، یک میکروکنترلر تأمین می شود.

برای چرخش شافت موتور، ابتدا به آهنربا نیرو داده می شود که موجب می شود دندانه های چرخدنده به طور مغناطیسی به دندانه های آهنربا جذب شوند. نقطه ای که دندانه های چرخدنده با آهنربا همسو می شوند، کمی نسبت به آهنربای بعدی جابجا می شود. بنابراین هنگامیکه آهنربای بعدی روشن می شود، اولین آهنربا خاموش می شود، سپس چرخدنده برای همسو شدن با آهنربای بعدی کمی می چرخد و از این به بعد، مراحل دوباره تکرار می شوند. هر کدام از این چرخش های کوچک را یک مرحله می نامند، همراه با یک عدد صحیح که یک چرخش کامل را ایجاد می کند. به این طریق، موتور می تواند با دقت بالایی روشن شود. استپ موتور به طور پیوسته نمی چرخد، بلکه به صورت مرحله به مرحله می چرخد. چهار سلف در استاتور ثابت شده اند که با زاویه ۹۰ درجه از هم قرار گرفته اند. اتصالات موتور پله ای با توجه به نحوه اتصال سلف ها تعیین می شود. در یک موتور پله ای، سلف ها بهم متصل نیستند. این نوع موتور دارای یک مرحله چرخش ۹۰ درجه با سلف ها می باشد که جهت چرخش شافت را تعیین می کند. موتور با روشن و خاموش شدن سوئیچ عمل می کند. سلف ها به صورت سری و در فواصل یک ثانیه ای فعال می شوند. شافت هر زمان که سلف بعدی فعال شود، به میزان ۹۰ درجه می چرخد. این گشتاور با سرعت پایین می باشد که مستقیما همراه با جریان تغییر می کند.

کنترل استپ موتور با تغییر پالس های کلاک

مدار کنترل استپ موتور ساده و ارزان می باشد و معمولا در برنامه های با مصرف کم انرژی کاربرد دارد. مدار موتور پله ای در تصویر زیر نشان داده شده که شامل آی سی تایمر ۵۵۵ به عنوان یک مولتی ویبراتور استابل می باشد. فرکانس موتور با استفاده از روابط زیر محاسبه می شود:

فرکانس = ۱/T = 1.45(RA + 2RB)C بطوریکه RA=RB=R2=R3=4.7 kilo-ohm  و C=C2=100 µF

کنترل استپ موتور با تغییر پالس های کلاک

خروجی تایمر به عنوان یک کلاک برای دو فلیپ فلاپ دوگانه “D” ۷۴۷۴ (U4 و U3) به عنوان یک شمارنده حلقه  set(در فلیپ فلاپ SR اگر S=1 و R=0 باشد، اصطلاحا می گویند مدار set است یعنی خروجی آن ۱ شده است. اگر پس از آن S=0 شود، مدار در وضعیت set باقی می ماند ولی اگر R=1 شود اصطلاحا می گویند مدار Reset شده است یعنی خروجی در این لحظه صفر است و اگر در این لحظه R=0 شود مدار در حالت Reset باقی می ماند. در فلیپ فلاپ D که نوع اصلاح یافته فلیپ فلاپ SR است که یک معکوس‌کننده بین ورودی‌های R و S افزوده شده است و داده ورودی تکی D به فلیپ فلاپ وارد می‌شود، این داده ورودی تکی که با عنوان D مشخص می‌شود، بدون تاخیر به ورودی SET فلیپ فلاپ اعمال می‌شود. همچنین معکوس‌شده ورودی D را به ورودی RESET فلیپ فلاپ وارد می‌کنند. بنابراین از یک فلیپ فلاپ حساس به سطح RS، یک فلیپ فلاپ حساس به سطح D ایجاد می‌شود که در آن S=D و R = NOT D است) استفاده می شود. وقتی برق روشن است، تنها فلیپ فلاپ اول set می شود. (خروجی Q در پین ۵ از U3 دارای مقدار منطقی  ‘۱’خواهد بود) و سه فلیپ فلاپ دیگر reset می شوند (یه این معنا که خروجی Q دارای مقدار منطقی  ‘۰’می باشد). با دریافت یک پالس کلاک، خروجی منطقی ‘۱’ از فلیپ فلاپ اول به فلیپ فلاپ دوم (پین ۹ U3) منتقل می شود. بنابراین خروجی منطقی با مقدار ‘۱’ با هر پالس کلاک به صورت دایره ای تغییر می کند. خروجی های Q چهار فلیپ فلاپ با استفاده از آرایه های ترانزیستور Darling-ton در داخل ULN2003 (U2) تقویت می شوند و سیم پیچ های نارنجی، قهوه ای، زرد، سیاه استپ موتور به پین های ۱۶،۱۵،۱۴،۱۳ ULN2003 متصل شده و سیم پیچ قرمز به ولتاژ منبع تغذیه وصل می باشد.

نقطه مشترک سیم پیچ به منبع تغذیه ۱۲+ ولت DC متصل است که به پین ۹ ULN2003 متصل شده است. کد رنگی مورد استفاده برای سیم پیچ ها متغییر می باشد. هنگامیکه برق متصل است، سیگنال کنترل به پین set فلیپ فلاپ اول متصل است و پین های CLR مربوط به سه فلیپ فلاپ دیگر در حالت “low” فعال می شوند (به دلیل مدار reset قدرت که با استفاده از ترکیب R1-C1 تشکیل شده است) تا فلیپ فلاپ اول set شود و سه فلیپ فلاپ دیگر reset شوند. در حالت reset، مقدار خروجی Q1 از IC3 ‘high’ می شود و خروجی های Q دیگر مقدارشان ‘low’ می شود. یک مدار reset خارجی می تواند با استفاده از فشار دادن سوئیچ reset فعال شود. با فشار دادن سوئیچ reset، می توان استپ موتور را متوقف کرد و با رها کردن سوئیچ reset مجددا موتور می تواند در همان جهت شروع به چرخش بکند.

ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید