استپ موتور چیست و چگونه کار می کند؟

استپ موتور چیست و چگونه کار می کند؟

استپ موتور، یک نوع موتور DC است که حرکت خود را به صورت گسسته انجام می‌دهد. این نوع موتور دارای چندین سیم پیچ است که در گروه‌هایی به نام فازها تقسیم شده‌اند. با اعمال الکتریسیته به هر یک از این فازها، موتور یک گام به صورت گسسته در یک بازه زمانی مشخص چرخش می‌کند.

کنترل گام‌های استپ موتور توسط یک مولد پالس، مانند یک پی ال سی، کنترلر CNC یا میکروکنترلر استپ موتور، صورت می‌گیرد. این سیگنال‌ها به درایور استپ موتور ارسال شده و امکان کنترل دقیق سرعت و موقعیت فراهم می‌آورد. به همین دلیل، استپر موتورها به عنوان گزینه‌های مناسب برای پروژه‌هایی که نیاز به کنترل حرکت دقیق دارند، شناخته می‌شوند.

استپ موتورها در اندازه‌ها و انواع مختلف با مشخصات الکتریکی متنوع وجود دارند. این گونه تنوع در انتخاب اینورترها، به توجه به نیازها و الزامات مختلف صنعتی و کاربردی، امکان پذیر است.

اجزا و ساختار استپ موتور

استپ موتور از ترکیب سه قسمت اصلی به نام‌های استاتور، روتور، و قاب‌های سر و انتها تشکیل شده است.

استاتور: در بخش استاتور، تعدادی سیم پیچ به گروه‌هایی تقسیم شده‌اند. به عنوان مثال، در استپ موتور دو فاز، دو گروه سیم پیچ وجود دارد که از داخل با یکدیگر اتصال دارند و در نهایت چهار سیم خروجی برآمده می‌شود. این چهار سیم به طور دو به دو به هر گروه سیم چیپ‌ها متصل می‌شوند. در موتورهای پله‌ای، این ده یا شش سیم گاها از داخل با یکدیگر سری یا موازی می‌شوند و به خارج می‌آیند.

روتور: تعداد دورات روتور بسته به گشتاور و طول استپ موتور متغیر است. به عنوان مثال، در یک موتور پله‌ای با 4 طبقه، می‌تواند تا 8 طبقه باشد که این باعث افزایش گشتاور استپ موتور می‌شود، یا می‌تواند به 2 طبقه کاهش یابد که این حالت منجر به کاهش نصفی گشتاور استپ موتور می‌شود.

قاب استپ موتور: در موتورهای پله‌ای، بر خلاف سایر موتورها که دارای بوش و بلبرینگ هستند، تنها بلبرینگ در دو طرف قاب دیده می‌شود. این ویژگی باعث عمر بلند استپ موتور می‌شود، زیرا تاثیر ذرات ذغال در آن وجود ندارد که باعث خرابی و کاهش عملکرد موتور می‌شود.

استپ موتورها: استپ موتور 2 فاز، استپ موتور 3 فاز، و استپ موتور 5 فاز؛ مشخصات فنی و مقایسه آنها

سرعت عمل استپ موتور

در مقایسه با یکدیگر، سرعت کارکرد استپ موتورها به ترتیب زیر است:

5 فاز > 3 فاز > 2 فاز

دقت عمل استپ موتور

استپ موتورها نسبت به دقت عملیاتی، ترتیب زیر را دارند:

5 فاز > 3 فاز > 2 فاز

صرفه اقتصادی استپ موتورها

از نظر صرفه اقتصادی، استپ موتورها به ترتیب زیر قرار دارند:

2 فاز > 3 فاز > 5 فاز

موجودی بازار استپ موتورها

با توجه به موجودی بازار، ترتیب استپ موتورها به صورت زیر است:

2 فاز > 5 فاز > 3 فاز

تفاوت‌ها و کاربردهای مختلف در انواع استپ موتورها

استپ موتورهای 3 فاز به خوبی در حرکت‌های با رفت و برگشت فراوان و سریع عمل می‌کنند. این نوع موتورها از جمله گزینه‌های ایده‌آل برای کاربردهایی هستند که نیاز به حرکت مکرر و پرسرعت دارند.

استپ موتورهای 5 فاز، به خصوص در حرکت‌های با سرعت و دقت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. به گونه‌ای که یک استپ موتور 5 فاز با درایور میکرواستپ، دقتی تقریباً معادل یک سرو موتور 17 بیتی را ارائه می‌دهد. این انتخاب مناسبی است برای کاربردهایی که نیاز به حرکت با دقت بالا و سرعت زیاد دارند.

استپ موتورهای 5 فاز با درایور معمولی (Full/Half)، به دلیل لرزش کم، در مواقعی که دقت زیاد لازم نیست، بدون نیاز به درایور میکرواستپ عمل می‌کنند.

از سوی دیگر، استپ موتورهای دو فاز با درایور معمولی (Full/Half)، دارای لرزش زیادی هستند و برای حذف لرزش آنها نیاز به روش‌های مکانیکی دارند.

بطور کلی، اگر در پروژه‌های خود از سرو موتور با گیربکس استفاده می‌کنید و سرعت بالایی مورد نیاز نیست (کمتر از 500RPM) و گشتاور مورد نیاز کمتر از 30N.M است، به‌خوبی می‌توانید به استفاده از موتور پله‌ای فکر کنید تا هزینه‌های پروژه خود را بهینه کنید.

معنای میکرو استپ در درایور استپ موتور:

مفهوم میکرواستپ در دنیای استپ موتورها به این صورت است که یک استپ کامل، به چندین میکرواستپ تقسیم شده و هر میکرواستپ نشان‌دهنده یک حرکت بسیار کوچک و دقیق است. این بدان معناست که میکرواستپ ها، زوایای کوچکی از گام حرکت پیش‌فرض استپ موتور را نمایش می‌دهند.

برای مثال، برای استپ موتورهای دو فاز، زاویه حرکت پیش‌فرض به اندازه 0.9 یا 1.8 درجه است. اما با وجود میکرواستپ ها، این زاویه را می‌توان به چندین بخش کوچک‌تر تقسیم کرد، هرکدام به اندازه‌ی مقدار بسیار کوچکتری نظیر 0.0001 درجه یا حتی کمتر. این امکان به کنترل دقیق‌تر حرکت موتور و رسیدن به دقت بالاتر در کاربردهای مختلف میکرواستپ را فراهم می‌کند.

عملکرد درایورهای میکرواستپ در استپ موتورها چگونه است؟

درایورهای میکرواستپ از روش جدیدی برای کنترل حرکت موتورها استفاده می‌کنند. به جای ارسال ولتاژ به فازهای موتور به صورت صفر یا یک، این درایورها ولتاژ را به تعداد بسیار زیادی میکرواستپ تقسیم می‌کنند. به عنوان مثال، در یک میکرواستپ با تقسیمات 16، در مرحله اول، 1/16 ولتاژ به فاز اول و 15/16 به فاز دوم تحویل می‌دهند. این تقسیمات به رزولوشن بالاتری در حرکت موتور منجر می‌شود.

تأثیرات مثبت میکرواستپ بالا چیست؟

با استفاده از میکرواستپ‌های با تقسیمات بالا، دقت حرکت موتور به شدت افزایش می‌یابد و لرزش موتور نیز به میزان زیادی کاهش می‌یابد. این امکان به کنترل دقیق‌تر و کارآیی بیشتر در برنامه‌ها و سیستم‌های مختلف را ایجاد می‌کند.

معایب ممکن میکرواستپ بالا چیست؟

هرچند که استفاده از میکرواستپ‌های با تقسیمات بالا به دقت افزوده و لرزش کمتری ایجاد می‌کند، اما این موضوع ممکن است باعث کاهش گشتاور موتور شود و در نتیجه، احتمال گم کردن پالس‌ها نیز افزایش یابد.

مزایا و معایب استفاده از استپ موتور:

مزایا:

1. هزینه کم: استفاده از استپ موتورها به صورت مقرون به صرفه در پروژه‌های کنترل موقعیت ممکن است.
2. ابعاد کوچک: استپ موتورها ابعاد کوچکی دارند و در این ابعاد قابلیت اعمال گشتاور زیادی را دارند.
3. متنوع: با تنوع در اندازه‌ها، می‌توان از استپ موتورها در پروژه‌های مختلف بهره برد.
4. درایورهای ساده: استفاده از درایور های ساده برای کنترل استپ موتورها، کار با آنها را ساده‌تر می‌کند.

معایب:

1. محدودیت در سرعت: استپ موتورها در سرعت‌های بالا ممکن است به مشکل برخورده و کار نکنند.
2. احتمال خطا در بارهای بزرگ: در مواقعی که اینرسی بار زیادی وجود دارد، احتمال وقوع خطا افزایش می‌یابد و نیاز به کالیبراسیون یا استفاده از انکودرها برای تشخیص خطاها پیش می‌آید.

نسل جدید استپ موتورها (ezi-servo) چگونه کار می کند و چه مزایایی در مقایسه با سرو موتورهای ac دارد ؟

استپ موتورهای نسل جدید یا همان “ایزی-سروو” (Ezi-Servo) به عنوان استپ موتورهای انکودردار (Closed-Loop Step Motor) شناخته می‌شوند، که با استفاده از درایورهای مخصوص، قابلیت کنترل دقیق و حلقه بسته را دارند.

در مقایسه با سرو موتورهای AC معمولی موجود در بازار، ایزی-سرو ها ویژگی‌های متمایزی دارند:

1. قیمت مناسب: ایزی-سروها با گشتاورهای مساوی نسبت به سرو موتورهای AC، هزینه کمتری دارند.
2. ابعاد کوچک: این موتورها از ابعاد کمتری نسبت به سرو موتورهای AC با گشتاور مشابه بهره می‌برند.
3. کاربری در دور پایین: با توانایی تولید گشتاور بالا در دورهای پایین، ایزی-سروها گزینه مناسبی برای ترکیب “سرو موتور + گیربکس خورشیدی” در CNC ها هستند.
4. حذف خطاهای Tuning: به دلیل ساختار استپ، این موتورها از خطاهای ناشی از تنظیم نادرست سرو موتور برای استحکام موقعیت جلوگیری می‌کنند.
5. عدم لرزش: به دلیل میکرواستپ بودن درایورها، ایزی-سروها هنگام عملکرد، هیچ گونه لرزشی ندارند.
6. کنترل بدون Overshoot: در مقایسه با سرو موتورها، ایزی-سروها به دلیل ساختار استپ، خطای ناشی از Overshoot را ندارند.
7. محدودیت در دورهای بالا: باید توجه داشت که این نوع موتورها به دلیل ساختار استپ، در دورهای بالا کار نمی‌توانند.

سوال این است: آیا درایور استپ موتور را باید آماده خرید کنیم یا بهتر است خودمان آن را بسازیم؟

موتورهای پله‌ای با قیمت مناسبی همراه هستند. در مقایسه با موتورهای دیسی با انکودر، موتورهای اینورتر دار یا سرو موتورهای اینورتر دار، هزینه استپ موتور و درایور به طور قطعی کمتر خواهد بود. برای دستگاه‌هایی که قرار است به صورت تعداد زیادی تولید شوند، استفاده از موتورهای پله‌ای با هزینه مناسب انتخاب شایسته‌ای است.

تعدادی از افراد در پروژه‌هایی با مصرف موتور زیاد، تصمیم به ساخت درایور خودشان می‌گیرند. این امکان وجود دارد، اما توصیه نمی‌شود که برای پروژه‌های با تعداد کم، خودتان درایور استپ موتور بسازید. سعی و خطا برای ساخت درایور استپ موتور همراه با هزینه‌های طراحی و تلاش‌های مکرر، به حدی زیاد است که برای تعداد پایینی از موتورها به صرفه نمی‌آید. بنابراین، در صورت استفاده از کمتر از 100 موتور پله‌ای، توصیه می‌شود از درایورهای استاندارد موجود در بازار بهره‌مند شوید.