سوف نتعرف في هذا المقال على محرك الخطوة (stepper motor) و أنواعه المختلفة، بالإضافة إلى مبدأ عمله و كيف يمكن قيادة هذا النوع من المحركات، و ما هي مميزاته الرئيسية.
ما هو محرك الخطوة (stepper motor)؟
هو محرك يعمل بالتيار المستمر، يحول النبضات الكهربائية إلى حركة ميكانيكية. كل نبضة هي دوران للروتور (جزء متحرك من المحرك) من خلال زاوية صغيرة (خطوة). على سبيل المثال ، إذا كان محرك الخطوة لديه 200 خطوة لكل دورة ، فبعد إعطاء 50 نبضة ، فإنه يقوم بربع دورة. يؤثر التردد والتسلسل على اتجاه الدوران وسرعته.
مبدأ عمل محرك الخطوة (stepper motor):
سوف تختلف آلية عمل محرك الخطوة من نوع إلى آخر، و لكن المبدأ العام هو نفسه في جميع الانواع.
كما هو الحال في جميع المحركات الكهربائية فإن محرك الخطوة يتكون من جزء ثابت (الجزء الثابت) وجزء متحرك (الدوار). على الجزء الثابت ، توجد أسنان يتم توصيل الأسلاك عليها ، بينما يكون الجزء المتحرك إما مغناطيسًا دائمًا أو قلبًا حديديًا ممانعته متغيرة.
يتم تنظيم الملفات في مجموعات منفصلة عن بعضها تسمى مراحل. و من خلال مرور التيار الكهربائي يتم تنشيط كل مرحلة على التوالي بترتيب معين ليدور المحرك بسبب المجال الكهرومغناطيسي الذي يتشكل بعد مرور التيار الكهربائي بجوار المغناطيس الدائم و بخطوة واحدة في كل مرة.
قيادة محرك الخطوة:
هنالك العديد من الطرق لقيادة محرك الخطوة و منها:
الطريقة الأولى: الإثارة أحادية الملف: في هذا الوضع ، نقوم بتنشيط ملف واحد فقط في كل مرة مما يعني أنه في هذا المثال للمحرك ذي 4 ملفات ، سيقوم الدوار بعمل دورة كاملة في 4 خطوات.
الطريقة الثانية : بهذه الطريقة سوف نوفر خرج عزم دوران أعلى بكثير لأن لدينا دائمًا ملفان نشطان في وقت معين. ومع ذلك ، فإن هذا لا يؤدي إلى تحسين دقة محرك الخطوة ومرة أخرى سيقوم الدوار بعمل دورة كاملة في 4 خطوات.
الطريقة الثالثة: و هي مزيج بين النوعين السابقين، هنا لدينا ملف نشط واحد متبوعًا بملفين نشطين ثم مرة أخرى ملف نشط واحد متبوعًا بملفين نشطين وما إلى ذلك. لذلك مع هذا الوضع نحصل على ضعف الدقة بنفس البنية. الآن سوف يقوم الدوار بعمل دورة كاملة في 8 خطوات.
هناك طريقة أخرى لزيادة دقة محرك الخطوة (stepper motor) وهي زيادة عدد أقطاب الجزء المتحرك و عدد أقطاب الجزء الثابت.
أنواع محرك الخطوة (stepper motor):
1.Permanent magnet stepper motor(محرك خطوة مغناطيسي دائم).
2.Hybrid stepper motor(محرك الخطوة الهجين).
3.محركات الخطوة أحادية و ثنائية الأقطاب.
NEMA17 stepper motor:
هو محرك خطوة هجين بزاوية 1.8 درجة (200 خطوة / ثورة). تسحب كل مرحلة 1.2 أمبير عند 4 فولت ، مما يسمح بعزم دوران يبلغ 3.2 كجم-سم. يستخدم محرك NEMA 17 Stepper بشكل عام في الطابعات وآلات CNC وأجهزة القطع بالليزر.
مميزات محرك الخطوة:
- نظرًا لبنيتها الداخلية، لا تتطلب محركات الخطوة حساساً لاكتشاف موضع المحرك. نظرًا لأن المحرك يتحرك عن طريق تنفيذ “الخطوات”، عن طريق حساب هذه الخطوات ببساطة ، يمكنك الحصول على موضع المحرك في وقت معين.
- التحكم بهذه المحركات سهل جداً و غير معقد. ل
- توفر محركات الخطوة عزم دوران جيد بسرعات منخفضة ، وهي رائعة للثبات على الوضع.
- تميل أيضًا إلى أن يكون لها عمر طويل.
- المرونة: توفر المحركات السائر مرونة في التطبيق لمجموعة واسعة من التطبيقات لأن تصميم المحرك السائر يوفر عزم دوران ثابتًا دون الحاجة إلى تشغيل المحرك.
- أرخص من المحركات المؤازرة.
- تعتبر هذه المحركات أكثر أماناً من الأنواع الأخرى.
- آمنة عند التحميل الزائد: لا يمكن أن يتلف المحرك بسبب الحمل الزائد الميكانيكي ، ولكن قد يحدث فقد موضعي مما يؤثر على الدقة والتكرار عندما يزيد الحمل عن التصميم.
- تتناسب زاوية دوران محرك الخطوة مع نبضة الإدخال.
- موثوقة للغاية: تعتبر Stepper Motors موثوقة للغاية نظرًا لعدم وجود فرش تلامس في المحرك.
للمزيد:
