استپر موتور یا موتور پله ای صنعتی

استپر موتور صنعتی یا موتور پله ای صنعتی چیست؟

موتور پله ای یا استپ موتور صنعتی یک موتور الکتریکی DC است که یک دور کامل (۳۶۰ درجه) را به تعدادی پله یا استپ مساوی تقسیم می نماید. استپ موتور ها دارای سیم پیچ های متعددی می باشند که در گروه هایی به نام "فاز" سازمان یافته اند. با انرژی دادن به هر فاز به ترتیب، هر بار یک قدم موتور می چرخد. به وسیله یک پله کنترل شده توسط رایانه می توان سرعت، گشتاور و موقعیت را به صورت دقیق کنترل کرد. به همین دلیل، موتور پله ای صنعتی برای بسیاری از کاربرد های کنترل حرکت، بسیار دقیق می باشد. موتور پله ای دارای اندازه ها و انواع مختلف و ویژگی های الکتریکی گوناگونی می باشد. استپ موتور های اهرمی سوئیچ شده موتور استپر های بسیار بزرگی هستند که تعداد قطب آن ها کاهش یافته و عموما دارای کموت حلقه بسته هستند.

انواع استپر موتور صنعتی

استپ موتور ها در انواع بسیار متنوعی وجود دارند که برخی از آن ها بسیار تخصصی می باشد. عموما، انواع موتور پله ای که می توانند با درایو های معمول در دسترس عمل کنند را مورد بررسی قرار می دهیم. این موتور استپر ها، موتور استپر های مگنت دائمی یا ترکیبی، یا دو قطبی دو فاز، یا تک قطبی 4 فاز می باشند.

سایز موتور استپر صنعتی

یکی از اولین مواردی که باید در نظر گرفت کار هایی است که استپ موتور صنعتی باید انجام دهد استپ استپر موتور های بزرگتر قادر به تأمین انرژی بیشتری هستند. اندازه موتور پله ای صنعتی می تواند از کوچکتر از یک بادام زمینی تا NEMA 57 باشد. درجه گشتاور استپ موتور صنعتی مشخص می کند که استپ موتور قادر به انجام چه کاری می باشد.

NEMA 17 یک اندازه معمول است که در چاپگر های سه بعدی و کارخانه های CNC کوچکتر استفاده می شود. موتور استپر های کوچکتر در بسیاری از برنامه های رباتیک و انیماتریک کاربرد دارند. فریم های بزرگتر NEMA معمولا در ماشین آلات CNC و کاربرد های صنعتی استفاده می شوند.

اعداد NEMA ابعاد استاندارد صفحه نما را برای نصب موتور استپر تعریف می کنند و سایر مشخصات یک موتور استپر را تعریف نمی کنند. 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 موقعیب یابی است. تعداد مراحل در هر دور از 4 تا 400 است. شمارش گام های معمولا در دسترس 24، 48 و 200 می باشد. وضوح گام ها اغلب به صورت درجه در هر مرحله بیان می شود. استپ موتور 1.8 درجه همان استپ موتور 200 مرحله ای (دور) می باشد.

چرخ دنده موتور استپر صنعتی

راه دیگر برای دستیابی به دقت بالا در موقعیت یابی می توان از چرخ دنده استفاده کرد. یک موتور استپر دنده ای 32:1 که روی خروجی یک موتور استپر صنعتی 8 دور اعمال می شود منجر به ایجاد یک موتور استپر صنعتی 256 پله ای می شود. قطار دنده ای نیز گشتاور استپ موتور را افزایش می دهد. موتور های پله ای دنده ای معمولا محدود به کاربرد های دور کم هستند. عکس العمل دیگر مسئله موتور های دنده ای است. هنگامی که استپ موتور در جهت حرکت معکوس می کند، باید هرگونه شلی که در چرخ دنده وجود دارد را اشغال کند. این مسئله می تواند 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 می کند.

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

موتور استپر صنعتی با شافت گرد یا "D"

این قطر ها در انواع مختلفی از قطر های استاندارد موجود هستند و قرقره ها، چرخ دنده ها و اتصال دهنده های شافت زیادی برای متناسب بودن طراحی شده اند. شافت های "D" یک طرف صاف دارند تا از لغزش جلوگیری کنند. این موارد در صورت وجود گشتاور های بالای موتور استپر مطلوب هستند.

موتور استپر با شافت دنده ای

بعضی از شافت ها دارای دنده های دندانه دار هستند که دقیقاً درون آن ها چرخ شده است. این نوع به طور معمول برای جفت شدن با قطار های دنده ای مدولار طراحی می شوند.

موتور استپر با شافت به صورت پیچی

از استپ موتور های دارای شافت پیچ سربی برای ساخت محرک های خطی استفاده می شود. نسخه های مینیاتوری این موارد را می توان به عنوان موقعیت یاب در بسیاری از درایو های دیسک مشاهده کرد.

سیم کشی موتور پله ای صنعتی

در سیم کشی موتور پله ای تغییرات زیادی وجود دارد. عموما بر روی موتور استپر هایی که با درایو های 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 فاز های موتور پله ای صنعتی

تعداد مراحل یک موتور پله ای ممکن است به تعداد سیم پیچ باشد. اما سیم پیچ ها در گروه هایی موسوم به فاز ها به یکدیگر متصل می شوند. همچنین تمام سیم پیچ های یک فاز با هم نیرو می گیرند.

درایو استپر موتور صنعتی

درایو استپر موتور صنعتی تک قطبی همیشه به صورت ثابتی نیرو دریافت می کند، به این صورت که یک قطب به طور مشترک همیشه قطب منفی است و قطب دیگر قطب مثبت می باشد. درایو استپ موتور صنعتی تک قطبی را می توان با مدار های ساده ترانزیستور پیاده سازی کرد. عیب آن این است که گشتاور کمتری در دسترس است زیرا می توان همزمان فقط به نیمی از سیم پیچ ها نیرو داد

درایو استپ موتور دو قطبی از مدار های پل H استفاده می کند تا در واقع جریان را از طریق مراحل معکوس کند. با انرژی بخشیدن به فاز ها با قطبیت متناوب، می توان تمام سیم پیچ ها 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 موتور ها دارای سیم کشی انعطاف پذیر هستند که به شما امکان می دهد استپر موتور را در حالت دو قطبی یا تک قطبی به کار بگیرید.

استپ موتور 5 سیم

این سبک در استپر موتور های تک قطبی کوچکتر، معمول است. تمام سیم پیچ های مشترک از قسمت داخلی به یکدیگر گره خورده اند و به صورت یک سیم که به عنوان سیم پنجم شناخته می شود خارج می شوند. این استپ موتور صنعتی را فقط می توان به عنوان یک موتور استپر تک قطبی هدایت کرد.

موتور پله ای 6 سیمه

این موتور استپر فقط به سیم های مشترک 2 فاز جفت شده می پیوندد. می توان این دو سیم را به هم متصل کرد و یک موتور استپر تک قطبی 5 سیمه ایجاد کرد. همچنین می توانید آن ها را نادیده بگیرید و مانند یک موتور استپر دو قطبی با آن رفتار کرد.

موتور پله ای 8 سیمه

موتور پله ای تک قطبی 8 سیمه جامع ترین و کامل ترین نوع موتور استپر می باشد.

از چند طریق می توان موتور پله ای صنعتی تک قطبی 8 سیمه را هدایت کرد:

• موتور پله ای تک قطبی 4 فاز: تمام سیم های مشترک به هم متصل شده اند. (درست مثل یک موتور استپر 5 سیمه)
• موتور پله ای دو قطبی سری 2 فاز: فاز ها به صورت سری متصل می شوند. (درست مثل یک استپ موتور 6 سیمه)
• موتور پله ای دو قطبی موازی 2 فاز: فاز ها به طور موازی به هم متصل می شوند. این منجر به نیمی از مقاومت و القا می شود. 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 استپر ها در مراحل دقیق قابل تکرار حرکت می کنند، در برنامه هایی که به موقعیت دقیق نیاز دارند مانند چاپگر های سه بعدی، CNC، سیستم عامل های دوربین و پلاتر های X و Y، بسیار عالی هستند.
• کنترل سرعت: موتور استپر صنعتی همچنین امکان کنترل عالی سرعت چرخش را برای اتوماسیون فرآیند و رباتیک فراهم می کند.
• گشتاور کم سرعت: موتور استپر های عادی DC در دور های پایین گشتاور زیادی ندارند. یک موتور استپر حداکثر گشتاور را در سرعت های پایین دارد، بنابراین استپ موتور ها برای برنامه های با سرعت بالا و دقت بالا گزینه خوبی هستند.

محدودیت استفاده از استپ موتور

• کم بازده: برخلاف استپ موتور های DC، مصرف جریان موتور پله ای یا استپ موتور ها مستقل از بار نیست. هنگامی که استپ موتور ها بیشتر از حد کار می کنند بیشترین جریان را می کشند. به همین دلیل، استپ موتور ها تمایل به گرم شدن دارند.
• گشتاور سرعت محدود: به طور کلی، موتور استپ دارای گشتاور کمتری در سرعت های بالا نسبت به سرعت های پایین می باشد. برخی از موتور استپر ها برای عملکرد بهتر با سرعت بالا بهینه شده اند، اما برای دستیابی به چنین عملکردی موتور پله ای باید با یک درایو مناسب جفت شود.
• بدون بازخورد: برخلاف سروو موتور ها، بیشتر موتور استپر ها برای موقعیت، فیدبک انتگرال ندارند. اگرچه می توان با اجرای "حلقه باز" به دقت بالایی دست یافت. برای ایمنی و یا ایجاد موقعیت مرجع معمولاً سوئیچ های محدود یا آشکارساز مورد نیاز می باشد.

برند های استپرموتور و درایو

• استپرموتور و درایو لیدشاین (Leadshine)
• استپرموتور و درایو کینکو (Kinco)
• استپرموتور و درایو سانیو (Sanyo)
• استپرموتور و درایو دلتا (Delta)
• استپرموتور و درایو زیمنس (Siemens)