جزوه آموزش استپر موتور

استپر موتور چیست.

جزوه PDF را از اینجا دانلود نمایید.

بیایید تا ابتدا به این سوال پاسخ دهیم که استپ موتور چیست؟ استپر موتور ها، نوعی از الکتروموتور ها هستند که وظیفه انجام کنترل موقعیت را دارند و در انواع مختلفی برای کنترل دقیق مقدار حرکت، سرعت حرکت و یا شتاب حرکت با استفاده از سیگنال های پالس استفاده میشوند. استپر موتور با وجود ابعاد کوچک و جمع و جور خود، گشتاور بالایی تولید می کند. استپ موتور به دلیل طراحی مکانیکی، موقعیت خود را در حالت ساکن نگه میدارد (مانند ترمز مغناطیسی عمل می کند). سیستم استپ موتور شامل یک استپر موتور و یک درایور استپ موتور (که سیگنال های ضعیف پالس را میگیرد و آن ها را به فرمان قدرت برای حرکت موتور تبدیل میکند) است.

نصب و مونتاژ استپ موتور

در مراحل نصب و مونتاژ استپ موتورها باید به خوبی دقت شود که هرگز به شفت موتور ضربه ای وارد نشود. استپ موتورها از این لحاظ بسیار حساس هستند و این بیشتر به دلیل فاصله بسیار کم بین روتور و استاتور آنها است. با ضربه خوردن شفت موتور، هم امکان کاهش گشتاور آن وجود دارد و هم امکان قفل شدن و خرابی کامل آن.

درایو کردن استپ موتور

استپ موتورها در دو حالت یونیپلار و بایپلار درایو می شوند؛ در حالت یونیپلار گشتاور موتور  در دور صفر کم است، ولی با بالا رفتن دور زیاد افت نمی کند. در صورتیکه در حالت بایپلار گشتاور موتور در دور صفر بالاست ولی با بالا رفتن دور افت زیادی می کند.

سیم بندی های استپ موتور میتواند کاملا بر عملکرد موتور اثر گذار باشد یعنی هنگامی که شما یک استپ موتور 8 سیم دارید اینکه آن را به صورت یونیپلار (5 سیم) ببندید یا به صورت بایپلار سری یا بایپلار موازی ببندید کاملا میتواند متفاوت باشد و تاثیر های مثبت یا منفی روی عملکرد موتور میگذارد.

چگونگی انجام کنترل موقعیت و تعیین استپ موتور مناسب

1- اگرچه می توان توسط هر نوع موتوری به علاوه انکودر و تجهیزات اتوماسیون مانند پی ال سی یا میکروکنترلر، کنترل موقعیت را انجام داد، اما معمولترین و غالباً مناسبترین گزینه برای این کار استپ موتورها و سروو موتور ها هستند.

2- در پروژه های کنترل موقعیت، می بایست همزمان هم به گشتاور کافی موتور برای حرکت دادن بار و در عین حال توان ترمزی موتور برای غلبه بر اینرسی بار در هنگام توقف دقت نمود.

3- مانا موتور برای حالتهای مختلف حرکت، جدول پیشنهادی زیر را تکمیل و در اختیار مخاطبان و مشتریان خود قرار داده است.

انتخاب درایور مناسب برای استپ موتور

درایور استپ موتور باید کاملا متناسب با موتور انتخاب شود. انتخاب اشتباه درایور برای استپ موتور باعث ایجاد اخلال در عملکرد سیستم میشود مثلا عملکرد غیردقیق همراه با لرزش و یا حتی بدتر از آن باعث آسیب رسیدن به موتور یا درایو میشود. این نکته را به خاطر داشته باشید که تنظیمات جریانی که روی درایور انجام میشود بسته به سیم بندی هایی که روی موتور هست متفاوت است و حتما باید راجع به این موضوع به دیتا شیت استپ موتور مراجعه کرد.

دو پارامتر مهم وجود دارند که برای انتخاب درایور برای استپ موتور باید در نظر گرفت:

ولتاژ تغذیه درایور استپ موتور:

برای دریافت گشتاور مناسب استپ موتور، می بایست تغذیه درایور متناسب با استپ موتور باشد. بعنوان تجربه جهت راه اندازی استپ موتورهای دو فازو سه فاز باید گفت که؛

• برای تغذیه درایور هایاستپ موتورهای نما 17 معمولا ولتاژ مناسب 12 ولت است
• برای استپ موتورهای نما 23 ولتاژ 24 و 36 ولت پیشنهاد می شود.
• همچنین تغذیه درایور برای استپ موتورهای نما 34 (فلنج 86 میلیمتر) را 48 ولت تا 60 ولت پیشنهاد می کنیم و
• برای استپ موتورهای بزرگتر یعنی استپ موتورهای فلنج 110 و فلنج 130 ، درایورهای 110 ولت و 220 ولت ایسی را مناسب می دانیم.

جریان تنظیمی روی درایور استپ موتور:

حداکثر جریانی که درایور میتواند برای موتور تامین کند باید با جریان مورد نیاز موتور مطابقت داشته باشد. جریان تنظیمی بالاتر روی دریو می تواند به موتور آسیب وارد کند.

همچنین بخوانید: چگونه دستگاه CNC بسازیم؟ – آموزش تصویری در 16 گام

راه اندازی استپ موتور با درایور

شما روی دایورهای استپ موتور 2 جدول میبینید. یک جدول شامل اعداد پالس در هر دور (جدول میکرو استپ) است که مشخص میکند به ازای چند پالس ورودی که برای این درایور می آید، میتوانید یک دور کامل داشته باشید. این اعداد معمولا از از 200 تا حدود 50000 هستند. بسته به اینکه سوییچ هایی را که روی درایور هست، به چه صورت تنظیم بکنید، این اعداد قابل تغییر هستند. در اعداد کمتر شما لرزش بیشتر و دقت کمتر دارید ولی قدرت موتور بالا است. در میکرو استپ های بالا، سرعت پایین تر خواهید داشت یعنی گشتاور موتور نیمتواند گشتاور بالایی باشد و احتمال پالس گم کردن بیشتر میشود اما از طرفی حرکت خیلی نرم تر و بدون لرزش تر است. پیشنهاد ما اعدادی مثل 1600 تا 3200 است.

جدول دیگری وجود دارد که مربوط میشود به باقی دیپ سوییچ ها و ماکزییم آمپر خروجی درایو است. پیشنهاد ما این است که همیشه از کمترین آمپر روی درایو شروع کنید و جایی که قدرت موتور کافی بود و دیگر نیازی به بالا بردن جریان نبود، بیشتر از آن جریان را بالا نبرید تا عمر درایور و موتور حداکثر شود.

همچنین بخوانید:همه چیز در مورد کنترل سرعت موتور dc (فاکتورهای مهم برای انتخاب درایور مناسب)

آموزش نحوه راه اندازی استپ موتور 2 فاز

در این قسمت راه اندازی ساده یک استپر موتور با درایور و کنترلر توضیح داده خواهد شد. استپ موتور در پیچیده ترین حالت 8 سیم است. از این 8 سیم، باید 4 سیم به داخل درایو برود. قسمت A+ A- B+ B-. برای آن که ببینید این سیم بندی به چه صورت باید به درایو متصل شود، باید مراجعه بکنید به دیتا شیت موتور مربوطه. معمولا 8 سیم یا به صورت بایپلار موازی و یا بایپلار سری میتواند داخل درایو برود. در این مورد در ادامه توضیح داده خواهد شد.

برای راه اندازی استپ موتور با یک کنترلر استپ موتور با نام کنترلر SME-11 ؛ در مورد ارتباط بین کنترلر و درایور شما باید از +5 ولت کنترلر یک سیم به +DIR و +PUL و +ENA روی درایو وصل بکنید. MF روی کنترلر به -ENA وصل میشود، MP که پالس موتور است به -PUL متصل میشود و MD که دایرکشن موتور است به -DIR باید وصل شود. کنترلر شما نیاز به تغذیه هم دارد که باید اتصالات مربوطه را نیز وصل کنید.

نحوه سیم بندی استپ موتورهای صنعتی 3 فاز و اتصال آنها به درایور استپ موتور

استپ موتور های 3 فاز یا سه سیم هستند و یا 6 سیم. به صورت کلی سیم پیچی داخل استپ موتور های 3 فاز به این صورت انجام شده:

اگر استپ موتور 6 سیم را به طور کامل بیرون بیاورد شما به دو حالت میتوانید آن را به داخل درایو ببرید به صورت مثلث و ستاره. ولی معمولا به این صورت است که موتور در داخل سیم بندی ها با هم سری شده اند و این سه سیم بیرون آمده است.

در این حالت شما انتخاب خاصی ندارید و سیم های U V W به داخل درایو میروند که معمولا پرکاربردترین حالت همین حالت است. اگر به این صورت نباشد شما میتوانید علاوه بر این اتصال، این اتصال را نیز به کار ببرید.

از هر کدام از سیم پیچ ها یک سر سیم میاید، به هم وصل میشود و این سه سر سیم خارج میشوند که به این حالت، اتصال ستاره گفته میشود که به U V W میروند.

بسته به کاربردی که دارید پیشنهاد میکنیم در استپ موتورهای سه فاز هر دو حالت را امتحان کنید. چون این موضوع بر گشتاور و دور تاثیر گذار است و اگر 3 سیم باشد یک حالت جریان بیشتر وجود ندارد اما اگر 6 سیم باشد و بتوان در هر دو حالت ستاره و مثلث بست آن موقع جریان هر کدام این ها متفاوت است که این جریان معمولا روی دیتا شیت موتور ذکر شده و باید به آن دقت کرد.

نحوه سیم بندی استپ موتورهای صنعتی 5 فاز و اتصال آنها به درایور استپ موتور

استپ موتورهای پنچ فاز در گذشته به دو حالت ستاره و پنتاگونال بسته میشدند که امروزه دیگر حالت ستاره منسوخ شده و استفاده نمیشود. برای حالت پنتاگونال یک پنج ضلعی را در نظر بگیرید که پنچ سیم پیچ دارد و از هر کدام یک سیم بیرون آمده.

کافی است سر سیم های 1، 2، 3، 4 و 5 را بشناسید و آن ها را به داخل درایو ببرید. اینکه کدام سیم اول به داخل درایو برود مهم نیست. همپنین جهت گردش هم مهم نیست و صرفا جهت حرکت استپ موتور را تعیین میکند.

نکته ای در کار با درایورهای استپر موتور

در درایورهایی که از جریان موتور فیدبک گرفته نمی شود و از این نظر بصورت حلقه باز عمل می کنند، تغذیه درایور باید مطابق با ولتاژ نامی استپر موتور اعمال شود. اما در درایورهایی که از جریان موتور فیدبک گرفته میشود و از این نظر بصورت حلقه بسته عمل می کنند، لازم نیست تغذیه درایور محدود به ولتاژ نامی استپر موتور باشد و اتفاقا هر چه این ولتاژ بیشتر باشد، دورهای بالاتری برای استپر موتور توسط درایور با حفظ گشتاور قابل تامین خواهد بود .لازم به ذکر است که در درایورهای میکرواستپ استپ موتور (که در سایت مانا موتور قرار دارد)، فیدبک جریان موتور وجود دارد و بنابراین لازم نیست که تغذیه درایور، محدود به ولتاژ نامی استپ موتور باشد.

میکرواستپ در درایور استپ موتور چگونه تنظیم می شود؟

معمولا درایورهای استپ موتور با قابلیت میکرواستپ، بر روی بدنه خود دارای جدولی هستند که به دو گونه نشان دهنده نحوه تنظیم مسکرواستپ است. برخی از آنها مقدار میکرواستپ را نمایش می دهند. مثلا 1/2 و 1/4 و 1/8 و … که در این حالت، پله حرکتی به ازای هر پالس برابر خواهد بود با گام ذاتی موتور تقسیم بر مقدار میکرو استپ یعنی مثلا 1.8 درجه تقسیم بر 2 که می شود 0.9 درجه. برخی هم مقدار پالس به ازای یک دور کامل موتور را نشان می دهند، مثلا 12500 یعنی بازای 12500 پالس ورودی به استپ موتور 1 دور کامل خواهیم داشت و این یعنی 12500/360=0.0288 درجه به ازای هر پالس ورودی.

تست سالم بودن استپ موتور

یکی از راه های فهمیدن اینکه استپ موتور سالم هست یا نه این است که استپ موتور در حالتی که سیم ها به هم اتصالی ندارند باید بتواند با دست بچرخد اما اگر سیم های استپ موتور را به هم وصل کردیم استپ موتور نباید به راحتی با دست بچرخد. البته این شرایط تست، شرط کافی نیست ولی می توان تا 80 درصد به صحت عملکرد آن پی برد.

نکته: در استپ موتورهای گیربکس دار این تست نباید انجام شود، زیرا ممکن است دنده های گیربکس آسیب ببیند.

سنجش دقت استپ موتور

برای انجام این کار باید از استپ موتورهای دو سر شفت استفاده کرد و شفت پشت را به انکودر وصل کرد، انکودر را هم در مدار قرار داد و بعد از آنکه به استپ موتور فرمان دادید، بررسی کنید که آیا فرمان داده شده دقیقا اجرا شده یا نه. اگر فرمان درست اجرا نشده بود، فرمان اصلاحی را برای آن بفرستید.

یک اشتباه رایج که در مورد استپ موتور وجود دارد استفاده از استپ موتور در دورهای بالا است. استپ موتور با توجه به لختی داشتن و بالا بودن اینرسی روتور، نمیتوانند در سرعت های بالا کار کند. در نظر داشته باشید که معمولا 200 تا 300 دور بر دقیقه حداکثر دوری است که یک استپ موتور میتواند در آن کار کند و بیشتر از آن یا خطای زیادی دارند یا اصلا نمیتوانند حرکت بکنند.

مقایسه گشتاور استپ موتورها با موتور های دیگر

در اغلب انواع موتورها (غیر از استپ موتورها) گشتاور نامی آنها ذکر می شود و ملاک انتخاب است. در سرو موتوها حتی درحال کار شما به طور موقت مجاز به اعمال گشتاور تا دو برابر هستید. اما در مورد استپ موتورها: آنچه به عنوان گشتاور استپ موتورها ذکر می شود، Holding Torque است که گشتاور حداکثر استپ موتور است. برخلاف مابقی موتورها، استپ موتورها در کمترین دور (صفر) بیشترین گشتاور را دارند و با بالا رفتن دور این گشتاور افت می کند.