با پیشرفت روز افزون علم و فناوری همواره نیاز های جدید به وسایل و دستگاه های جدید تر جهت هماهنگی همه بخشهای صنعت با این پیشرفت ، به وجود می آیند. بدین منظور شناخت و طراحی راه کارها و وسایل جدید امری است اجتناب ناپذیر.از جمله این پیشرفت ها ساخت نوع جدید و پیشرفته تری از موتورهای الکتریکی به نام موتور پله ای ها یا موتورهای پله ای است که با کاهش انواع هزینه ها در صناع کم کم جای مکانیزم های پیچیده مکانیکی را خواهند گرفت.در این مقاله سعی شده است تا بسیار مختصر و متناسب با محدودیت ها بزبانی ساده و قابل درک ساختار و نحوه کارکرد و کنترل موتورهای استپی بررسی و بیان شود.
مقدمه:
با درک میدان های مغناطیسی و کشف آنکه می توان انرژی الکریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل نمود تحولی عظیم در تاریخ بشری بوجود آمد ، بگونه ای که بشر روز به روز به تفکر و طراحی و ساخت وسایلی که بتوانند با استفاده از انرژی الکتریکی ، انرژی مکانیکی تولید نمایند روی آورد. از این رو انواع موتور های الکتریکی به صحنه وجود آمده و همچنان سیر تکمیلی خود را طی نمودند تا به امروز که می توان برای هر نوع کاربری ، نوع خاصی از موتورها را بکار برد. اما ساخت اسپ موتور با امکاناتی که به طراحان و سازندگان ماشین آلات میدهد ، به گونه ای برجسته سبب کاهش هزینه ها در همه زمینه ها می شود. یکی از چندین مزایای بسیار زیاد این نوع الکتروموتورها تبدیل مکانیزم های بسیار پیچیده مکانیکی ، به تنها یک محرک استپی می باشد. در ادامه با این پدیده جالب آشنا تر خواهیم شد.
موتور پله ای
یک موتور پله ای وسیله ای الکتریکی است چرخش زاویه ای گسسته یا پله ای دارد و با اتصال به ضربان هایی در فرکانسی خاص کار می کند. هر ضربان فرستاده شده به موتور سبب حرکت محور موتور تا زاویه ای معین می شود که این زاویه ، زاویه استپینگ (Stepping Angle) نامیده می شود.
شکل 1 ساختمان ساده شده یک موتور پله ای "Bifilar" مگنت دائمی را نشان می دهد.
روتور از جنس آهنربای دائمی است و شش دندانه دارد که با فاصله های مساوی و یک در میان در قطب های N و S اطراف روتور قرار دارند.استاتور چهار قطب دارد که هر قطب دارای پیچه ای است که این پیچه از مرکز خروجی V را داراست.
پیچه های روی قطب های مختلف به هم وصلند بطوری که فقط پنج سیم A , B , C , D & +V از موتور خارج می شوند.پیچه با ارسال جریان به سیم +V و خروج آن از یکی از سیمهای دیگر فعال می شود.
سیم پیچ ها در دندانه های استاتور به روشی پیچیده می شوند به طوریکه نتایج زیر حاصل می شود:
اگر سیم B فعال باشد ، قطب 1 شمال و قطب 2 جنوب خواهند بود و اگر سیم A فعال باشد قطب 1 جنوب و قطب 2 شمال می شود.
اگر سیم C فعال باشد قطب 3 شمال و قطب 4
جنوب و اگر سیم D فعال باشد قطب 3 جنوب و در عوض قطب 4 شمال خواهند بود.
عملکرد موتور پله ایها براساس این قانون است که وقتی قطبهای مشابه دفع می شوند ، قطبهای مخالف جذب می شوند. اگر سیم پیچ ها در توالی صحیح فعال باشند روتور در مسیر و جهتی معین خواهد چرخید.
شکل 2 نشان می دهدکه روتور هنگامی که پیچه ها با توالی داده شده در جدول 1 فعال اند چگونه می گردد.
(شکل در فایل اصلی قرار دارد.)
همانطور که در شکل 2 مشاهده می شود ، ترتیب القاهای داده شده در در جدول 1 سبب چرخش روتور در جهت عقربه های ساعت می شود.
(شکل در فایل اصلی قرار دارد.)
اگر توالی این القا ها معکوس شود ، جهت حرکت نیز معکوس می شود.
(شکل در فایل اصلی قرار دارد.)
اگر حتی همه القا ها متوقف شده و هیچ جریانی به موتور وارد نشود ، به علت وجود آهنرباهای دائمی در روتور بازهم مقداری جاذبه میان قطب ها و دندانه ها وجود دارد. از این رو حتی هنگامی هم که هیچ تغذیه ای به موتور متصل نیست ، بازهم قدری ((گشتاور نگه دارنده)) در موتور باقی می ماند.
از شکل 2 می توان مشاهده نمود که موتور زاویه استپینگ یا زاویه مرحله 30 درجه دارد و برای کامل کردن یک چرخه به 12 استپ یا مرحله نیاز دارد. تعداد مرحله ها در هر دور در یک موتور استپی با اضافه کردن دندانه های بیشتر روی روتور می تواند افزایش یابد و با اضافه کردن دندانه هایی به دندانه های استاتور ، زاویه استپینگ یا زاویه طی مرحله یک موتور استپی را می توان تا حد 1.8 درجه کوچک کرد به طوری که برای طی یک چرخه دویست مرحله نیاز باشد.
برنامه القای پیچه ها در شکل 2 به القای تک فاز معروف است ; از آنجا که در هر زمان فقط یکی از چهار پیچه فعال است.