استپ موتورهای تک قطبی

1 4,082 زمان تقریبی مطالعه 4 دقیقه

استپر موتور چیست ؟

استپر موتور (Stepper Motor) یا استپ موتور ( Step Motor) یا موتور پله ای یک موتور براشلس (Brushless ) الکتریکی DC است که یک دور کامل ( ۳۶۰ درجه) را به تعدادی پله یا استپ مساوی تقسیم می نماید. کنترل موقعیت موتور پله ای برای رفتن به یک پله خاص یا ماندن در آن پله بدون استفاده از سیستم فیدبک می باشد و این نشانه دقت بالای این موتور ها است. این موتور ها در هر پله یا استپ به میزان خاصی بر حسب درجه دوران می کنند، به عنوان مثال محور استپ موتور ۱٫۵ درجه در هر استپ ۱٫۵ درجه دوران می کنند.

موتور های DC جاروبک دار مادامی که به ترمینال های آنها ولتاژ اعمال شود به حرکت پیوسته ادامه می دهند. اما بر خلاف دسته یاد شده، استپ موتور ها فاقد جاروبک یا براشلس هستند و مشخصه اصلی که آنها را از سایر انواع موتور ها متمایز می کند اینست که با اعمال پالس به ترمینال های آن ( عموما پالس های موج مربعی ) موقعیت شفت یا محور موتور به میزان مشخص و از پیش تعیین شده ای ( در هنگام تولید موتور ) دوران می کند. هر پالس به میزان مشخصی زاویه محور را تغییر می دهد. در استپر موتور ها در اطراف هسته مرکزی چندین الکترومگنت ( آهنربای های الکتریکی ) دندانه داری قرار دارند و در مرکز نیز یک سیلندر آهنی دندانه دار ( به شکل چرخ دنده ) وجود دارد. این الکترو مگنت ها بوسیله ی یک کنترلر خارجی ( به عنوان مثال میکرو کنترلر ) فعال و غیر فعال می شوند. با برانگیخته شدن اولین الکترومگنت، سیلندر مرکزی دندانه دار شروع به چرخش می کند تا دندانه های روی سیلندر دقیقا مقابل دندانه های اولین الکترو مگنت قرار بگیرند. ( به خاطر داشته باشید در این حالت دندانه های سیلندر مرکزی فقط با دندانه های اولین الکترومگنت مطابقت می نماید و با دندانه های سایر الکترومگنت ها انطباق ندارد. ) با فعال شدن الکترو مگنت بعدی و غیر فعال شدن اولین الکترومگنت، دندانه های روی روتر ( Rotor ) با دندانه های الکترومگنت بعدی منطبق می شود به هر یک از این چرخش ها یک پله یا یک استپ می گویند و بدین شکل یک استپ به جلو یا عقب حرکت می کند.با ادامه این فرآیند موتور به چرخش ادامه می دهد. استپ موتور ها می توانند به این شکل زوایای دقیقی حرکت کنند.

طراحی درایور برای استپ موتور به صورت تک قطبی ساده تر از نوع دوقطبی آن است. و برای شروع و آشنا شدن با مفاهیم استپرموتور بهتر است.

step-motor-1-%d8%a7%d9%84%da%a9%d8%aa%d8%b1%d9%88%d9%84%d8%a8-1

نوع تک قطبی استپر دارای 5 یا 6 سیم است. روتور آهن ریای دائمی بوده و استپر دارای 2 فاز است که هر فاز دارای یک سر وسط می باشد (A,B) در صورتی که موتور دارای 6 سیم باشد باید هر دوی آن ها را به تغذیه ی موتور وصل شود و در صورتی که موتور دارای پنج سیم باشد از داخل به یک دیگر وصل شده اند و باید این سیم به تغذیه وصل شود.

در صورتی که تغذیه ی موتور برقرار باشد با وصل کردن هر یک از سیم پیچ های A1 , A2, B1 , B2 به زمین یک آهن ربا تشکیل می شود که این آهن ربا روتور را جذب می کند و باعث چرخش محور موتور می شود. پس با وصل کردن با ترتیب خاص 4 سیم ذکر شده می توان باعث چرخش موتور در جهت و مقدار دلخواه شد.

الگوی اعمال پالس به موتور پله ای تک قطبی در وضعیت تمام پله:

B2	A2	B1	A1	step
0	0	0	1	1
0	0	1	0	2
0	1	0	0	3
1	0	0	0	4

راه اندازی استپ موتور به صورت نیم پله

در صورتی که نیاز به گامی کوچکتر از دقت نامی موتور باشد می توان آن را یه صورت نیم پله راه اندازی کرد برای دقت بالاتر همه ی موتور ها پله ای امکانی به نام توالی 8 پله ای را فراهم می کنند توالی 8 پله نیم پله نیز نامیده می شود

الگوی پالس اعمال شده به موتور برای حرکت به صورت نیم پله

B2	A2	B1	A1	step
1	0	0	1	1
0	0	0	1	2
0	0	1	1	3
0	0	1	0	4
0	1	1	0	5
0	1	0	0	6
1	1	0	0	7
1	0	0	0	8

راه انداز موتور پله ای با گشتاور بیشتر ( دو فاز )

در روش تمام پله تنها یک سیم پیج در هر لحظه آهن ربا می شود و بنابراین جریان نسبتا کمی مصرف می شود در صورتی که نیاز به گشتاور بیشتری باشد می توان دو سیم پیپچ را به طور هم زمان تحریک کرد در این حالت گشتاور ایجاد شده حدود 40 در صد بیشتر بوده در حالی که توان مصرفی تقریبا دو برابر می شود.

الگوی پالس اعمال شده به موتور برای حرکت به صورت دو فاز

B2	A2	B1	A1	step
1	0	0	1	1
0	0	1	1	2
0	1	1	0	3
1	1	0	0	4

سخت افزار لازم برای راه اندازی استپ موتور به صورت تک قطبی:

در کنترل استپ موتور به صورت تک قطبی نیاز به کلیدی برای قطع و وصل کردن سیم پیچ ها داریم که می توانیم از ترانزیستور های BJT یه MOSFET به این منظور استفاده کنیم. که هر دو در ادمه بررسی می شود.

درایور استپر موتور با ترانزیستورهای TIP

شکل پایین ارتباط با یک موتور پله ای تک قطبی از طریق ترانزیستور را نشان میدهد دیود ها برای کاهش جرقه ی EMF برگشتی حاصل از انرژی دار شدن و بی انرژی شدن سیم پیچ ها استفاده می شود. ترانزیستور های TIP می توانند برای دادن جریان بالاتر به موتور استفاده شوند. ترانزیستور های دارلینگتون می توانند با ولتاژ های و جریان های بالاتر تطییق پیدا کنند.