استپر موتور صنعتی چیست و چه کاربردی دارد؟

در این مقاله در مورد استپر موتور صنعتی یا همان موتور پله‌ای صنعتی برای شما مطالبی آماده کرده‌ایم که حتما تا انتها با ما همراه باشید.

مثل همیشه نخست به سراغ یک تعریف از استپر موتور صنعتی می‌رویم.

استپر موتور صنعتی چیست؟

موتور پله‌ای یا استپ موتور صنعتی یک موتور الکتریکی DC است که یک دور کامل (۳۶۰ درجه) را به تعدادی پله یا استپ مساوی تقسیم می‌کند.

استپ موتورها دارای سیم پیچ های متعددی هستند که در گروه‌هایی به نام “فاز” تقسیم بندی شده‌اند. با انرژی دادن به هر فاز به ترتیب، هر بار یک قدم موتور می‌چرخد. به وسیله یک پله کنترل شده توسط رایانه می‌توان سرعت، گشتاور و موقعیت را به صورت دقیق کنترل کرد.

به همین دلیل، موتور پله‌ای صنعتی برای بسیاری از کاربردهای کنترل حرکت، بسیار دقیق است. موتور پله‌ای دارای اندازه‌ها و انواع مختلف و ویژگی‌های الکتریکی گوناگونی‌ست. استپ موتورهای اهرمی سوئیچ شده موتور استپرهای بسیار بزرگی هستند که تعداد قطب آن‌ها کاهش یافته و عموما دارای کموت حلقه بسته هستند.

انواع استپر موتور صنعتی

استپ موتورها در انواع بسیار متنوعی وجود دارند که برخی از آن‌ها بسیار تخصصی هستند. عموما، انواع موتور پله‌ای که می‌توانند با درایهای معمول در دسترس عمل کنند را مورد بررسی قرار می‌دهیم. این موتور استپرها، موتور استپرهای مگنت دائمی یا ترکیبی، یا دو قطبی دو فاز، یا تک قطبی 4 فاز هستند.

سایز موتور استپر صنعتی

یکی از اولین مواردی که باید در نظر گرفت کارهایی است که استپ موتور صنعتی باید انجام دهد. استپ موتورهای بزرگتر قادر به تأمین انرژی بیشتری هستند. اندازه موتور پله‌ای صنعتی می‌تواند از کوچکتر از یک بادام زمینی تا NEMA 57 باشد. درجه گشتاور استپ موتور صنعتی مشخص می‌کند که استپ موتور قادر به انجام چه کاری است.

NEMA 17 یک اندازه معمول است که در چاپگرهای سه بعدی و کارخانه های CNC کوچکتر استفاده می‌شود. موتور استپرهای کوچکتر در بسیاری از برنامه‌های رباتیک و انیماتریک کاربرد دارند. فریم‌های بزرگتر NEMA معمولا در ماشین آلات CNC و کاربرد های صنعتی استفاده می‌شوند.

اعداد NEMA ابعاد استاندارد صفحه نما را برای نصب موتور استپر تعریف می‌کنند و سایر مشخصات یک موتور استپر را تعریف نمی‌کنند. دو استپ موتور متفاوت NEMA 17 ممکن است مشخصات الکتریکی یا مکانیکی کاملا متفاوتی داشته باشند و لزوما قابل تعویض نیستند.

شمارش گام استپ موتور صنعتی

مسئله بعدی که باید به آن توجه داشت، دقت استپ موتور صنعتی در موقعیب‌یابی است. تعداد مراحل در هر دور از 4 تا 400 است. شمارش گام‌های معمولا در دسترس 24، 48 و 200 است. وضوح گام‌ها اغلب به صورت درجه در هر مرحله بیان می‌شود. استپ موتور 1.8 درجه همان استپ موتور 200 مرحله ای (دور) است.

چرخ دنده موتور استپر صنعتی

برای دستیابی به دقت بالا در موقعیت یابی می‌توان از چرخ دنده استفاده کرد. یک موتور استپر دنده ای 32:1 که روی خروجی یک موتور استپر صنعتی 8 دور اعمال می‌شود منجر به ایجاد یک موتور استپر صنعتی 256 پله ای می‌شود. قطار دنده‌ای نیز گشتاور استپ موتور را افزایش می‌دهد. موتورهای پله‌ای دنده‌ای معمولا محدود به کاربردهای دور کم هستند. عکس العمل دیگر، مسئله موتورهای دنده‌ای است. هنگامی که استپ موتور در جهت حرکت معکوس می‌کند، باید هرگونه شلی که در چرخ دنده وجود دارد را اشغال کند. این مسئله می‌تواند بر دقت موقعیت تأثیر بگذارد.

شافت موتور استپر صنعتی

مورد دیگری که باید در نظر گرفت این است که استپ موتور چگونه با بقیه سیستم درایو ارتباط برقرار می‌کند.

استپ موتورها با انواعی از شافت به شرح زیر در دسترس هستند:

موتور استپر صنعتی با شافت گرد یا “D”

این قطرها در انواع مختلفی از قطرهای استاندارد موجود هستند و قرقره‌ها، چرخ دنده‌ها و اتصال‌دهنده‌های شافت زیادی برای متناسب بودن طراحی شده‌اند. شافت‌های “D” یک طرف صاف دارند تا از لغزش جلوگیری کنند. این موارد در صورت وجود گشتاورهای بالای موتور استپر مطلوب هستند.

موتور استپر با شافت دنده‌ای

بعضی از شافت‌ها دارای دنده‌های دندانه‌دار هستند که دقیقاً درون آن‌ها چرخ شده است. این نوع به طور معمول برای جفت شدن با قطارهای دنده‌ای مدولار طراحی می‌شوند.

موتور استپر با شافت به صورت پیچی

از استپ موتورهای دارای شافت پیچ سربی برای ساخت محرک‌های خطی استفاده می‌شود. نسخه‌های مینیاتوری این موارد را می‌توان به عنوان موقعیت یاب در بسیاری از درایوهای دیسک مشاهده کرد.

سیم کشی موتور پله ای صنعتی

در سیم کشی موتور پله‌ای تغییرات زیادی وجود دارد. عموما بر روی موتور استپرهایی که با درایوهای معمول راه اندازی می شوند تمرکر می کنیم. این موتور استپر ها مگنت دائمی یا ترکیبی هستند که به صورت دو قطبی، دو قطبی یا تک قطبی 4 فاز سیم بندی شده اند.

سیم پیچ ها و فازهای موتور پله ای صنعتی

تعداد مراحل یک موتور پله ای ممکن است به تعداد سیم پیچ باشد. اما سیم پیچ‌ها در گروه‌هایی موسوم به فازها به یکدیگر متصل می‌شوند. همچنین تمام سیم‌پیچ‌های یک فاز با هم نیرو می‌گیرند.

درایو استپر موتور صنعتی

درایو استپر موتور صنعتی تک قطبی همیشه به صورت ثابتی نیرو دریافت می‌کند، به این صورت که یک قطب به طور مشترک همیشه قطب منفی است و قطب دیگر قطب مثبت است. درایو استپ موتور صنعتی تک قطبی را می‌توان با مدارهای ساده ترانزیستور پیاده سازی کرد. عیب آن این است که گشتاور کمتری در دسترس است زیرا می‌توان همزمان فقط نیمی از سیم پیچ‌ها را نیرو داد.

درایو استپ موتور دو قطبی از مدار های پل H استفاده می‌کند تا در واقع جریان را از طریق مراحل معکوس کند. با انرژی بخشیدن به فازها با قطبیت متناوب، می‌توان تمام سیم پیچ‌ها را برای چرخاندن موتور به کار گرفت. یک استپ موتور دو قطبی دو فاز دارای 2 گروه سیم پیچ است.

یک استپر موتور تک قطبی 4 فاز دارای 4 سیم پیچ است. یک موتور استپر صنعتی دو قطبی 2 فاز 4 سیم دارد. برخی از استپ موتورها دارای سیم کشی انعطاف پذیر هستند که به شما امکان می‌دهد استپر موتور را در حالت دو قطبی یا تک قطبی به کار بگیرید.

استپ موتور 5 سیم

این سبک در استپر موتورهای تک قطبی کوچکتر، معمول است. تمام سیم پیچ‌های مشترک از قسمت داخلی به یکدیگر گره خورده‌اند و به صورت یک سیم که به عنوان سیم پنجم شناخته می‌شود خارج ‌می‌شوند. این استپ موتور صنعتی را فقط می‌توان به عنوان یک موتور استپر تک قطبی هدایت کرد.

موتور پله ای 6 سیمه

این موتور استپر فقط به سیم‌های مشترک 2 فاز جفت شده می‌پیوندد. می‌توان این دو سیم را به هم متصل کرد و یک موتور استپر تک قطبی 5 سیمه ایجاد کرد. همچنین می‌توانید آن‌ها را نادیده بگیرید و مانند یک موتور استپر دو قطبی با آن رفتار کرد.

موتور پله ای 8 سیمه

موتور پله‌ای تک قطبی 8 سیمه جامع‌ترین و کامل ترین نوع موتور استپر است.

از چند طریق می‌توان موتور پله‌ای صنعتی تک قطبی 8 سیمه را هدایت کرد:

• موتور پله ای تک قطبی 4 فاز: تمام سیم‌های مشترک به هم متصل شده‌اند. (درست مثل یک موتور استپر 5 سیمه)
• موتور پله ای دو قطبی سری 2 فاز: فازها به صورت سری متصل می‌شوند. (درست مثل یک استپ موتور 6 سیمه)
• موتور پله ای دو قطبی موازی 2 فاز: فازها به طور موازی به هم متصل می‌شوند. این منجر به نیمی از مقاومت و القا می‌شود. اما برای رانندگی به دو برابر جریان نیاز دارد. مزیت این سیم کشی گشتاور بالاتر و حداکثر سرعت است.

مزایای استفاده از استپ موتور

• موقعیت یابی: از آنجا که موتور استپرها در مراحل دقیق قابل تکرار حرکت می‌کنند، در برنامه‌هایی که به موقعیت دقیق نیاز دارند مانند چاپگرهای سه بعدی، CNC، سیستم‌عامل‌های دوربین و پلاترهای X و Y، بسیار عالی هستند.
• کنترل سرعت: موتور استپر صنعتی همچنین امکان کنترل عالی سرعت چرخش را برای اتوماسیون فرآیند و رباتیک فراهم می‌کند.
• گشتاور کم سرعت: موتور استپرهای عادی DC در دورهای پایین گشتاور زیادی ندارند. یک موتور استپر حداکثر گشتاور را در سرعت‌های پایین دارد، بنابراین استپ موتورها برای برنامه‌های با سرعت بالا و دقت بالا گزینه خوبی هستند.

محدودیت استفاده از استپ موتور

• کم بازده: برخلاف استپ موتورهای DC، مصرف جریان موتور پله‌ای یا استپ موتورها مستقل از بار نیست. هنگامی که استپ موتورها بیشتر از حد کار می‌کنند بیشترین جریان را می‌کشند. به همین دلیل، استپ موتورها تمایل به گرم شدن دارند.
• گشتاور سرعت محدود: به طور کلی، موتور استپ دارای گشتاور کمتری در سرعت‌های بالا نسبت به سرعت‌های پایین است. برخی از موتور استپرها برای عملکرد بهتر با سرعت بالا بهینه شده‌اند، اما برای دستیابی به چنین عملکردی موتور پله‌ای باید با یک درایو مناسب جفت شود.
• بدون بازخورد: برخلاف سروو موتورها، بیشتر موتور استپرها برای موقعیت، فیدبک انتگرال ندارند. اگرچه می‌توان با اجرای “حلقه باز” به دقت بالایی دست یافت. برای ایمنی و یا ایجاد موقعیت مرجع معمولاً سوئیچ‌های محدود یا آشکارساز مورد نیاز است.

از شما سپاسگزاریم که تا انتهای مقاله استپر موتور صنعتی همراه ما بودید. برای استفاده از تجربه کارشناسان و بهره گیری از مشاوره آن‌ها می‌توانید از قسمت تماس با ما با کارشناسان الکتروشایلی در ارتباط باشید.