استپر موتور چیست – قسمت دوم

استپر موتور چیست

یک موتور پله ای حرکت چرخشی را در کاربردهای با دقت بالا با چرخش در افزایش های دقیق کوچک ارائه می دهد. این موتورها به یک مدار کنترلی معروف به مدار محرک موتور برای کنترل ولتاژ و جریان وارد شده در سیم پیچ موتور برای کنترل سرعت و موقعیت چرخش نیاز دارند. این مقاله بر مدارهای محرک موتور پله ای و نحوه عملکرد آنها در کاربردهای مختلف تمرکز خواهد کرد.

مدارهای محرک موتور پله ای
مدارهای محرک موتور پله ای انواع مختلفی دارند که عبارتند از:

مدار درایو تمام گام
مدارهای محرک تمام پله ساده ترین نوع مدار محرک موتور پله ای هستند. آنها یک جریان تمام گام را به سیم پیچ های موتور پله ای ارائه می دهند که منجر به حرکت یک پله در هر پالس الکتریکی می شود. این درایو عمدتاً جهت جریان را به دو فاز استپر موتور تغییر می دهد.

این نوع مدار محرک شامل چهار کلید برای هر سیم پیچ است. سوئیچ ها می توانند دستگاه های حالت جامد مانند ترانزیستورهای دو قطبی یا ماسفت ها یا رله های مکانیکی باشند. سوئیچ ها در ترتیبات پل با دو کلید در هر طرف سیم پیچ موتور پیکربندی شده اند.

برای چرخش موتور، سوئیچ ها به ترتیبی مشخص خاموش و روشن می شوند، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. برای چرخاندن موتور، کلیدها را می توان در سوئیچینگ زیر برای فاز موتور A پیکربندی کرد.

سوئیچ 1 و 4 روشن هستند در حالی که 3 و 2 خاموش هستند، به جریان اجازه می دهد فقط در اولین و چهارمین سیم پیچ موتور فاز A جریان داشته باشد، در نتیجه یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود که روتور را به سمت آن سمت می کشد.

در یک سوئیچ تغییر جهت، 2 و 3 روشن می شوند در حالی که 1 و 4 خاموش می شوند تا جریان فقط از 2 و 3 عبور کند و میدان مغناطیسی ایجاد می کند که روتور را به طرف دیگر می کشد.

همین فرآیند در فاز B با توالی مراحل نشان داده شده در شکل 1 اتفاق می افتد. این فرآیند برای یک حرکت چرخشی مداوم موتور تکرار می شود.

یک درایو تمام گام بیشترین گشتاور را با حداقل لرزش تولید می کند، اما محدودیت این قطعه این است که کمترین وضوح را در بین تمام مدارهای درایو ارائه می دهد. در حالت عملیات تمام گام، فازهای A و B موتور به طور همزمان فعال می شوند و در نتیجه نیروی جذابی نسبت به محرک موج ایجاد می کنند و در عین حال وضوح روش محرک موج را ثابت نگه می دارند. هر مرحله در توالی تمام گام، موتور را در یک فاصله زاویه ای مشخص می چرخاند.

مدار درایو نیم مرحله ای
مدار درایو نیم مرحله ای با استفاده از یک راه میکرو پله ای که جهت جریان را به دو فاز و شیر مرکزی موتور پله ای تغییر می دهد، وضوح متوسط را نشان می دهد. نتیجه همه اینها دقت بیشتر در موقعیت یابی است.

این نوع درایو موتور پله‌ای، استپر موتور را به گونه‌ای عمل می‌کند که با افزایش نیم مرحله‌ای بچرخد. چنین درایو اغلب در مناطقی استفاده می شود که نیاز به کنترل دقیق روی سرعت و موقعیت موتور دارند.

مدار درایو نیم مرحله ای از ترانزیستورها برای کنترل جریان در سیم پیچ های موتور استفاده می کند. یک جفت ترانزیستور برای هر سیم پیچ جریان را خاموش یا روشن می کند. سوئیچینگ توسط یک مدار کنترل یا میکروکنترلر کنترل می شود که پالس هایی را برای به حرکت درآوردن موتور می فرستد.

مدار درایو نیم مرحله ای به دو مرحله تقسیم می شود. نیمه پله و تمام گام. همانطور که در شکل 2 در بالا نشان داده شده است، مرحله 3 مرحله کامل دنباله سیم پیچ است، در حالی که مرحله 2 نیمی از مرحله کامل است.

در طول مرحله نیمه پله، موتور به ازای هر پالس دریافتی از مدار درایو، نیم پله می چرخد، همانطور که در مرحله 2، شکل 2 مشاهده می شود. در این فرآیند، ابتدا یک سیم پیچ در یک زمان روشن می شود و سپس به طور همزمان انرژی می گیرد و تکرار می شود. به ترتیب معکوس این دنباله منجر به چرخش نیم مرحله ای در یک جهت، سپس چرخش به موقعیت اولیه و در نهایت، در نیم مرحله به سمت دیگر می شود.

مدار درایو میکرو پله
مدار محرک موتور میکرو پله ای موتور را با استفاده از افزایش های کوچک برای دقت کنترل می کند. این سطح خوب کنترل با کنترل تدریجی جریان عبوری از سیم پیچ موتور به دست می آید. کنترل جریان از یک الگوریتم پیشرفته برای به حرکت درآوردن موتور با شکل موج سینوسی به غیر از موج مربعی ساده، مانند درایوهای ساده استفاده می کند. شکل موج سینوسی توسط یک میکروکنترلر برای تنظیم سرعت و موقعیت موتور ایجاد می شود. شکل موج تولید شده به عنوان سیگنال به درایو ارسال می شود.

مزیت اصلی درایو افزایش دقیق کنترل حرکت موتور است. با این حال، برخی از مشکلات با درایوهای میکرو استپ که به عنوان واپاشی آهسته شناخته می شوند، به وجود می آیند. پوسیدگی آهسته پدیده ای است که در آن جریان جاری در سیم پیچ های موتور با تغییرات سیگنال های درایو به کندی تحلیل می رود. این به نوبه خود باعث می شود که موتور گشتاور خود را از دست بدهد یا حتی برخی از مراحل را از دست بدهد. عوامل مختلفی مانند مقاومت و اندوکتانس سیم پیچ موتور منجر به پوسیدگی کند می شود. برای کاهش این مشکل، تنظیم جریان فعال سیم پیچ اولیه را کنترل می کند تا تاخیر سریع و روان را تضمین کند.

یکی دیگر از روش های پرداختن به پوسیدگی آهسته، پوسیدگی مخلوط است. این روش پوسیدگی سریع و پوسیدگی آهسته را برای عملکرد بهینه موتور ترکیب می کند. جریان در سیم پیچ موتور با تغییر جهت سیگنال درایو به سرعت کاهش می یابد. جریان برای مدت کوتاهی در سطح پایین‌تری نگه داشته می‌شود تا گشتاور نگهدارنده موتور بهبود یابد.

نکات کلیدی مدارهای استپر موتور
در زیر برخی از نکات کلیدی که باید در مقاله مورد توجه قرار گیرد آورده شده است.

مدارهای درایو استپر موتور مدارهایی هستند که برای کنترل موقعیت دقیق و سرعت چرخش استپر موتور استفاده می شوند.
انواع مدارهای محرک موتور پله ای عبارتند از: درایوهای نیم استپ، درایوهای تمام استپ و درایوهای میکرو استپینگ.
درایو تمام پله خروجی یک جریان تمام پله را می دهد تا موتور پله ای را یک پله در هر پالس الکتریکی حرکت دهد.
پوسیدگی مخلوط و آهسته راه های متمایز برای کنترل پوسیدگی جریان در درایوهای استپر موتور هستند.