تمام چیزی که نیاز دارید در مورد استپ موتور بدانید

الکترونیک و رباتیک -> انواع الکتروموتور 648 اصغر خرم

مهندس مکانیک، علاقه مند به ایده پردازی و ساخت دستگاه ها و مکانیزم های جدید

استپ موتور چیست؟

استپ موتور یک نوع موتور DC بدون جاروبک است که بر خلاف بسیاری دیگر از انواع استاندارد موتور الکتریکی که با اتصال الکتریسیه شروع به کار می کنند و با قطع جریان متوقف میشوند، نوعی دستگاه ورودی-خروجی دیجیتال با امکان شروع دقیق و توقف هستند. آنها به گونه ای ساخته شده اند که جریان عبوری از آن به یک سری سیم پیچ در فازها برخورد می کند که می توانند با توالی سریع روشن و خاموش شوند. اینکار اجازه می دهد تا موتور هر بار یک نسبت مشخص از کل 360 درجه چرخش را طی کند و این مراحل از پیش تعیین شده همان چیزی است که ما از آن به عنوان "گام" یاد می کنیم.

یک موتور پله ای برای شکستن یک چرخش کامل به تعداد گام های کوچکتر و اساساً برابر طراحی شده است. نتیجه نهایی این است که می توان از یک موتور پله ای برای انتقال حرکات کاملاً دقیق به قطعات مکانیکی که نیاز به دقت بالایی دارند ، استفاده کرد.

استپر موتور ها معمولاً به صورت دیجیتالی کنترل می شوند و به عنوان اجزای اصلی در یک سیستم موقعیت یابی کنترل حرکت حلقه باز عمل می کنند. آنها معمولاً در کاربرد های نگه داشتن  یا موقعیت یابی مورد استفاده قرار می گیرند که توانایی آنها در ایجاد موقعیت های چرخشی ، سرعت و گشتاور با دقت بیشتر ، آنها را به طور ایده آل برای کارهایی که کنترل دقیق حرکت را دارند ، مناسب می کند.

استپ موتور ها چگونه کار می کنند؟

در یک موتور DC مثلا موتور مسواک، ولتاژ به ترمینال ها اعمال می شود و این ولتاژ و جریان باعث ایجاد میدان مغناطیسی در سیم پیچ و به تبع آن حرکت در میدان مغناطیسی آهنربای ثابت (استاتور) می شود. در این موتور ها سیم پیچ یا روتور به طور متناوب و منظم بوسیله کنتاکت های الکتریکی قطع و وصل شده و جریان الکتریسیته بطور متناوب در آن جریان می یابد. این کار باعث چرخش مداوم موتور می شود مادامی که ولتاژ برای حرکت موتور تامین شود.

نقطه ضعف این موتور ها چرخش مداوم و غیر قابل کنترل موتور تا زمان قطع شدن جریان برق است. این امر باعث می شود کنترل نقطع توقف موتور بسیار دشوار باشد و در نتیجه برای کاربرد هایی که نیاز به کنترل دقیق موقعیت دارند کاملا نامناسب می کند. همچنین کنترل دستی و خاموش و روشن کردن جریان موتور نمیتواند دقت لازم را ایجاد کند.

در موتور های پله ای قضیه کاملا متفاوت است. در این حالت به جای اینکه سیم پیچ روتور در داخل یک محفظه آهن ربایی بچرخد، استاتور بصورت سیم پیچ هایی که فاز نامیده می شود دور یک هسته مغناطیسی دندانه دار که هر جفت دندانه یک قطب حساب می شود  می چرخد. استپ موتور یک جریان کنترل شده و دارای ترتیب که بوسیله درایور ارسال می شود را بوسیله این هسته دندانه دار به حرکات دقیق گام به گام شفت تبدیل می کند.

هر یک از این پالس های درایور، روتور را از طریق ایجاد میدان مغناطیسی در استاتور و از طریق جهت گیری دقیق دندانه ها در میدان مغناطیسی، یک گام حرکت می دهد. همانطور که پالس ها به ترتیب و منظم بر روی سیم پیچ ها ارسال می شود روتور با هر پالس یک گام حرکت می کند و در نتیجه می توان در هر لحظه حرکت را کاملا و بصورت دقیق متوقف کرد و یا جهت حرکت را تغییر داد.

در واقع مزیت اصلی استپ موتور نسبت به موتور DC این است که موتور پله ای میتواند در یک موقعیت دقیق و از پیش تعیین شده قرار گیرد و همچنین می تواند این موقعیت را برای مدت زمان طولانی حفظ کند و همچنین این کار را کاملا بصورت تکرار پذیر انجام دهند. این کار باعث می شود که این موتور ها در کاربرد های دقیق مانند رباتیک  و پرینتر و موارد مشابه بسیار مفید باشند.

از این صفحه برترین برندهای استپ موتور را ببینید، مقایسه کنید و بخرید. 

موتور پله ای برای چه استفاده می شود؟

استپر موتور طیف گسترده ای از کاربردها را در صنایع و رشته های مختلف دارد که برخی از کاربردهای متداول آن عبارتند از:

- رباتیک

- دوربین ها

- چاپ و اسکن ، از جمله در چاپگرهای سه بعدی

- اتوماسیون و ماشین آلات بسته بندی

- موقعیت یابی مراحل پایلوت سوپاپ برای سیستم های کنترل سیال

- تجهیزات موقعیت یابی دقیق

- کنترل دریچه گاز خودرو

در این بخش ، کمی دقیق تر به برخی از این کاربردها نگاه خواهیم کرد.

استپر موتور برای پرینترهای سه بعدی

لیست های قطعات پرینتر سه بعدی تقریباً همیشه شامل استپ موتور با برخی توضیحات است. دلیل این امر این است که در پرینتر سه بعدی با استفاده از استپر موتور می توان کاملا دقیق و مقرون به صرفه تمام حرکت ها و چرخش ها را انجام داد و تمام فایل ها و کد ها را به اشیا فیزیکی تبدیل کرد. استپر موتورها و درایورها در پرینترهای سه بعدی امکان کنترل دقیق حرکت را در امتداد محور X ، Y و Z ، به طور جداگانه یا همزمان فراهم می کنند ، به این معنی که دقت زیاد در حرکت و موقعیت بدون نیاز به سایر نرم افزارها یا حسگرهای اضافی قابل دستیابی است.

اکثر پرینتر های سه بعدی دارای موتورهای پله ای چندگانه هستند و به طور معمول هم در محور ها و هم در اکسترودرها یافت می شوند ، جایی که از آنها برای هدایت فیلامنت و کنترل و یکنواخت سازی مواد مورد نیاز دستگاه در حین انجام چاپ سه بعدی استفاده می شود.

بهترین مدل های استپر موتور مورد استفاده در پرینتر های سه بعدی از نظر کیفیت و قیمت و کارایی دو مدل زیر هستند.

موتور های مدل 42BYGH و موتور های 17HS. موتورهایی که با این کد ها شروع می شوند قابلیت راه اندازی آسان، قیمت و کیفیت مناسب و تامین مداوم در بازار دارند. به همین دلیل جزء بهترین موتور ها برای استفاده در پرینتر های سه بعدی هستند.

استپر موتور برای  CNC

موتورهای استپر گزینه ای جایگزین برای موتورهای سروو برای تأمین انرژی بیشتر انواع ماشین آلات CNC هستند. ماشین های CNC شامل طیف گسترده ای از فرایندهای تولید هستند که در آن نرم افزار رایانه از قبل برنامه ریزی شده و عملکرد و حرکت فیزیکی محور ها و ابزارهای دستگاه را کاملا و دقیقا کنترل می کند.

در حالی که قبلا در ماشین های CNC از سروو موتور استفاده می شد و احتمال جایگزینی با استپ موتور بسیار کم بود، با پیشرفت فناوری و دانش موتورها این موضوع تغییر کرده است. در واقع در حال حاضر استپ موتور با یک مقدار گشتاور مشابه نسبت به سروو موتور قیمت بسیار مناسب تری دارد در حالی که نسخه های مدرن آن به همان اندازه همه کاره هستند. در نتیجه موتور های پله ای بسیار مرسوم تریند و در طیف وسیع تری از ماشین ها و دستگاه ها اب ابزار و خودرو گرفته تا اتوموبیل و لب تاب و رایانه یافت می شوند.

همچنین موتورهای استپ یک مزیت بسیار مهم نسبت به موتورهای سروو دارند و آن اینکه نیاز به انکودر برای راه اندازی و کنترل ندارند. درک و عملکرد موتورهای سروو ذاتاً پیچیده تر از نسخه های استپر است و بخشی از این پیچیدگی این است که آنها دارای یک انکودر هستند که نسبت به سایر اجزای موجود در سروو موتور مستعد خرابی است. موتورهای پله ای به انکودر احتیاج ندارند و از لحاظ تئوری قابلیت اطمینان بیشتری نسبت به سرووها دارند. همچنین این نکته که موتور های استپر براشلس هستند و جاروبک ندارند نسبت به سروو موتور ها عمر بیشتری دارند و نیاز به تعویض منظم جاروبک ها نیست.

ابعاد استپ موتور

یکی از مهمترین روش های تفکیک استپ موتور ها، بر اساس ابعاد است. استپر موتور ها بر اساس سایز فلنج دسته بندی می شوند. به این صورت که بصورت استاندارد تعدادی سایز برای مدل های مختلف در نظر گرفته شده است که موتور ها بر اساس آن نام گذاری و دسته بندی می شوند. برای مثال استپ موتور با سایز فلنج 42 در 42 میلیمتر به اسم استپ موتور نما 17 شناخته می شود که از جمله پرکاربرد ترین و رایج ترین استپ موتور هاست. سایز بعدی فلنجی برابر 57 میلیمتر در 57 میلیمتر دارد که نما 23 گفته میشود.

در هر سایز فلنج استپر موتور،  در یک کلاس تولیدی با ولتاژ و فاز های مشابه، طول موتور هر چقدر بیشتر باشد گشتاور بیشتری ایجاد می کند.

برند های استپر موتور

برند های زیادی در دنیا تولید کننده استپ موتور هستند که کیفیت های پایین تا بالا دارند. البته به همین نسبت قیمت ها نیز قطعا متغیر خواهند بود. در بازار ایران برند های مختلفی ارائه می شود که تعدادی از آن ها ساخت ژاپن یا آلمان و مشابه هستند که کیفیت بالایی دارند ولی معمولا بصورت استوک ارائه می شوند و بدلیل کاهش ارتباطات تجاری با این کشور ها، قابلیت تامین مداوم ندارند. ولی برند های چینی معتبری در بازار وجود دارند که در پارتینه نیز می توانید آن ها را بیابید. از جمله بهترین برند ها، لیدشاین است که کیفیت و قیمت فوق العاده ای دارد و بدلیل تنوع بالا و تامین مداوم در بازار جزء پرطرفدارترین برند هاست. همچنین برند CW و پریموپال هستند که کیفیت و قیمت قابل قبولی دارند و بسیار مورد توجه هستند.

جمع بندی

موتورهای پله ای یک روش فوق العاده متنوع ، قابل اعتماد ، مقرون به صرفه و دقیق برای انجام حرکات دقیق است که به کاربران اجازه می دهد مهارت و کارایی حرکات دستگاه ها را در طیف گسترده ای از کاربرد ها و صنایع افزایش دهند. بدین ترتیب ، آنها یک زیرمجموعه مهم و پرکاربرد را در مجموعه گسترده تری بنام اتوماسیون و کنترل تشکیل می دهند .

با وجود بسیاری از برند های استپ موتور، ابعاد و اندازه ها ، گشتاور های تولیدی، سبک های طراحی و قیمت های در نظر گرفته شده برای فروش، بسیار مهم است که دقیقاً بفهمید کدام مشخصات را نیاز دارید و بنابراین بهینه ترین موتور را انتخاب نمایید.

 

لینک های مفید


مطالب مرتبط
موتور براشلس چیست؟
انواع الکتروموتور
27