استپ موتور (Step Motor) یا موتور پله ای یک موتور براشلس الکتریکی DC است که یک دور کامل (360درجه) را به تعدادی پله یا استپ مساوی تقسیم می نماید. کنترل موقعیت یک موتور پله ای به معنای رفتن به یک پله خاص یا ماندن در آن مرحله بدون استفاده از سیستم بازخورد است و این نشان از دقت بالای این موتورها دارد. این موتور برای هر مرحله با سرعت خاصی می چرخد. به عنوان مثال، محور یک استپر موتور 200 پله با 1/8 درجه در هر استپ می چرخد. استپ موتورها از نظر کاربرد متفاوت هستند، که در ادامه با کاربرد های استپ موتور آشنا خواهیم شد.
استپ موتور چیست؟
موتوری که محور محرک آن به طور گسسته و در مراحل کوچک به جای پیوسته می چرخد. در واقع این یک تعریف ساده از استپر موتور است و در ادامه به تفصیل توضیح داده خواهد شد. استپ موتور یک موتور الکتریکی است که محور آن با یک درجه ثابت می چرخد و در حال حاضر یکی از ویژگی های ضروری این موتور محسوب می شود. یک استپ موتور ساده به صورت یک زاویه گسسته می چرخد و حرکت می کند؛ و در فرکانس معینی کار می کند که باعث می شود محور موتور به یک زاویه خاص که به زاویه استپینگ معروف است حرکت کند. با توجه به این ویژگی های ساختار داخلی موتور، این امکان را به ما می دهد تا بدون نیاز به توجه، موقعیت صحیح محور را پیدا کنیم. به همین دلیل تقریباً در تمامی وسایل برقی صنعتی و خانگی که دارای حرکات الکترونیکی دقیق و کنترل شده هستند از این موتور قدرتمند استفاده می شود و با توجه به این ویژگی کاربردی در انواع وسایل الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد.
استپ موتورها چگونه کار میکنند؟
از آنجایی که استپ موتور پالسهای ورودی را به فواصل کوچکتری تقسیم میکند، هر پالس شفت را با زاویه خاصی حرکت میدهد. استپ موتورها معمولا دارای دندانه های مغناطیسی در اطراف محور مرکزی هستند. الکترومغناطیسها بوسیله یک مدار راه انداز خارجی یا یک میکروکنترلر تغذیه میگردند. برای چرخاندن شفت ابتدا یک مغناطیس فعال می شود که دندانه های چرخ دنده را جذب می کند. هنگامی که دندانه دنده روبروی اولین مغناطیس میایستد، نسبت به مغناطیس بعدی دارای یک فاصله میباشد. یعنی وقتی الکترومغناطیس دیگر روشن می شود و اولی خاموش می شود، چرخ دنده به آرامی می چرخد تا دندان در مقابل مغناطیس دوم قرار گیرد. از آنجا روند شروع می شود. به هر یک از این چرخش ها یک استپ یا گام می گویند، تعداد معینی از این مراحل چرخش کامل موتور را ایجاد می کند.
اجزای تشکیل دهنده استپ موتور چیست؟
هر استپر موتور دارای سه قسمت اصلی است، یعنی روتور، استاتور و قابهای سر و انتها.
1.استاتور
در هر استپر موتور، تعدادی گروه سیم پیچ به نام فاز وجود دارد که در استاتور قرار دارند. بنابراین یک استپر موتور دو فاز از دو دسته سیم پیچ به صورت داخلی متصل شده و 4 سیم از آنها خارج شده است. بسته به نیاز، ممکن است این سیمها از داخل استاتور، با هم سری یا موازی شده و سپس بیرون بیایند.
2.روتور
یکی دیگر از اجزای اصلی ساخت استپر موتور روتور است که تعداد آن با چرخش و طول استپر موتور تعیین می شود. هر چه تعداد طبقات بیشتر باشد، گشتاور استپر موتور بیشتر خواهد بود.
3.قاب یا فریم
در نوع استپ موتور فقط دو بلبرینگ وجود دارد و خبری از ذغال یا بوش نیست. به همین دلیل استپر موتور عمر طولانی دارد. زیرا ذغالی ندارند که تمام شود و بوشی هم در آنها وجود ندارد که جا بیندازد و خراب شود.
انواع استپ موتور از نظر تعداد فاز کدامند؟
همانطور که گفتیم در هر استپر موتور گروهی از سیم پیچ ها قرار دارد که به آنها فاز می گوییم. در جدول زیر انواع استپر موتورها را از نظر فازی فهرست کرده و برخی از مشخصات فنی آنها را با هم مقایسه کرده ایم.
معمولا در مواقعی که به دقت و سرعت بالا نیاز داریم از استپر موتور 5 فاز استفاده می کنیم. این نوع موتورهای پله ای از یک درایور معمولی استفاده می کنند، بنابراین عملاً بی صدا هستند و نیازی به درایو میکرو استپ ندارند. از طرفی اگر بخواهیم حرکات خیلی سریع داشته باشیم سراغ موتورهای پله ای 3 فاز می رویم. با این حال استپ موتور 2 فاز با درایور معمولی Full/half لرزش زیادی را ایجاد میکند و نیاز به استفاده از روشهای مکانیکی برای حذف این موارد دارد.
کاربرد استپ موتور چیست؟
موتورهای پله ای از نظر کاربرد متفاوت هستند، برخی از رایج ترین آنها عبارتند از:
1️⃣تجهیزات پرینت سه بعدی
2️⃣ماشین آلات نساجی
3️⃣دستگاه های برش CNC
4️⃣دستگاه های لیزری
5️⃣دستگاه های چاپ
6️⃣جوشکاری
7️⃣رباتیک
8️⃣رباتیک
9️⃣ماشین آلات تصویربردای پزشکی
🔟اسکنرها
به طور کلی می توان از استپ موتورها برای هر سیستمی که به دقت بالا، کنترل سرعت و گشتاور کم سرعت نیاز دارد استفاده کرد. استپ موتورها به طور گسترده در ماشینکاری عددی مانند CNC در صنعت استفاده می شوند. استپ موتورها یک راه حل ایده آل در بسیاری از کاربردها هستند.
مزایای استپ موتور
🟣قابلیت کنترل چرخش شفت با تنظیم سوپاپ
🟣توانایی حفظ پایداری شفت
🟣بدلیل حرکت استپی، موقعیت پذیری خوبی دارند.
🟣توانایی اجرای عالی دستور های توقف، حرکت و چرخش معکوس
🟣قیمت مناسب
🟣گشتاور کافی
🟣عمر طولانی به دلیل وجود نداشتن جاروبک
🟣کنترل حلقه باز
🟣تولید گشتاور خوب در سرعت های پایین
✅نتیجه گیری
با توجه به آنچه در مورد استپ موتور صحبت کردیم، استپر موتور یک موتور DC است که سیکل کامل را به چند استپ تقسیم می کند. بنابراین، بسیار دقیق خواهد بود. با توجه به الزامات، ما باید استپر موتور مناسب را انتخاب کنیم. این روزها از استپ موتورهای هیبریدی استفاده می شود. استپر موتورهای هیبریدی به انواع مختلفی مانند ترمزدار، گیربکس دار، ضد آب و انکودر دار طبقه بندی می شوند که هر کدام کاربرد خاص خود را دارند. در نهایت باید گفت که استپ موتورها جزء لاینفک صنعت امروزی هستند. مزیت اصلی استپر موتور دقت بالا و توانایی کنترل سرعت و حرکت است. بنابراین هر ضربه ای می تواند باعث آسیب به موتور شود در هنگام نصب استپر موتور باید مراقب ضربه احتمالی به شفت باشید.