موتور پله ای چگونه کار می کند؟
هنگامی که برق به سیم‌ها وصل می‌شود، یک پالس جریان به سیم‌پیچ‌های موتور اعمال می‌شود و یک فاز را «روشن» می‌کند، که باعث می‌شود روتور بچرخد تا زمانی که رلوکتانس مغناطیسی به حداقل برسد و روتور در موقعیت مغناطیسی پایدار قرار گیرد. برای یک موتور دوقطبی، این پالس جریان، سیم‌پیچ‌های فاز اول را با شارژ پر می‌کند و یک میدان مغناطیسی برای هر یک از 4 سیم‌پیچ فاز اول ایجاد می‌کند که دندان‌های استاتور را در جلوی سیم‌پیچ‌های شارژ شده مغناطیسی می‌کند. هر چهار سیم پیچ دندانه های روتور با بار مخالف را جذب می کنند در حالی که دندانه های روتور دارای بار مشابه را در انتهای مخالف روتور دفع می کنند. دندانه‌های روتور در انتهای شمالی و جنوبی روتور کمی از یکدیگر منحرف شده‌اند، بنابراین یک دندان استاتور باردار می‌تواند دندان‌های روتور دارای بار مخالف را در یک سر روتور بکشد در حالی که دو دندان روتور دارای بار مشابه در انتهای دیگر را دفع کند. روتور را تا زمانی که موتور در یک موقعیت مهار قرار گیرد. این یک اثر "فشار و کشش" ایجاد می کند که باعث افزایش گشتاور موتور می شود.
گشتاور مورد نیاز برای حرکت روتور از این موقعیت پایدار، گشتاور نگهدارنده نامیده می شود. روشن کردن یک فاز، روتور را در یک موقعیت نگه می‌دارد که به آن موقعیت گیر می‌گویند. سپس شارژ در اولین مجموعه سیم پیچ ها خاموش می شود و در مجموعه سیم پیچ های بعدی روشن می شود و مجموعه بعدی دندانه های استاتور را مغناطیسی می کند. سپس روتور می چرخد تا زمانی که دندان روتور بعدی با یکی از دندانه های استاتور مغناطیسی شده هم راستا شود. روتور در حال حاضر یک زاویه یک پله به موقعیت مهار بعدی منتقل می شود. این جریان "روشن و خاموش" باعث می شود روتور یک زاویه گام دقیق بچرخد و این حرکت با هر پالس ورودی تکرار می شود.
نیمه پله زمانی اتفاق می افتد که اولین پالس فاز اول را مغناطیسی می کند، سپس پالس بعدی فاز اول و فاز دوم را مغناطیسی می کند، سپس پالس بعدی فقط فاز دوم را مغناطیسی می کند و غیره. امکان حرکت نرم تر و پیوسته تر با رزونانس کمتر و فقط کمی گشتاور کمتر.
تک قطبی
سیم پیچ تک قطبی دو سیم پیچ در هر فاز دارد و می تواند مغناطش سیم پیچ های استاتور را بدون معکوس کردن جهت جریان معکوس کند. این یک شیر مرکزی برای هر فاز دارد که می توان از آن برای تغییر سیم کشی برای تامین جریان به نیمه مخالف هر سیم پیچ استفاده کرد.
این کار موتور را در جهت معکوس بدون تغییر جهت جریان حرکت می دهد. بنابراین، یک تک قطبی فقط از 50 درصد سیم‌پیچ‌ها استفاده می‌کند، زیرا نیمی از سیم‌پیچ‌ها فقط برای جهت جلو و نیمی از سیم‌پیچ‌ها فقط برای جهت معکوس استفاده می‌شوند. این موتور دارای 6 یا 8 لید است، گشتاور کمتری نسبت به یک موتور دوقطبی تولید می کند، زیرا فقط می تواند نیمی از سیم پیچ را در یک زمان استفاده کند، و دارای یک سیستم درایو ساده تر/ارزان تر است، زیرا جریان نیازی به تغییر جهت ندارد.
نیم سیم پیچ دوقطبی
سیم پیچ دوقطبی برای هر فاز یک سیم پیچ دارد، بنابراین جریان باید معکوس شود تا قطب مغناطیسی یک سیم پیچ معکوس شود. بنابراین از 100 درصد سیم پیچ ها استفاده می کند. گشتاور بیشتری تولید می‌کند و سیستم محرکه پیچیده‌تر/گران‌تری دارد. سیم پیچ های دوقطبی بسته به گشتاور مورد نیاز و سرعت موتور نیز می توانند به صورت موازی یا سری سیم کشی شوند.
موازی دوقطبی
سیم پیچ موازی دوقطبی دارای دو سیم پیچ در هر فاز است که به صورت موازی به هم سیم پیچ می شوند. سیم پیچ های موازی امکان گشتاور خروجی بالاتر در سرعت های بالاتر را فراهم می کند، اندوکتانس مشابه یک سیم پیچ نیم سیم پیچ دارد، نصف مقاومت سیم پیچ نیم سیم پیچ را دارد و برای مطابقت با آمپر پیچ های یک سری، دو برابر جریان نیاز دارد. موتور دوقطبی زخمی این سیم پیچ برای کاربردهایی با سرعت بالا که به گشتاور زیادی نیاز دارند ایده آل است.
سری دوقطبی
سیم پیچ سری دوقطبی دارای دو سیم پیچ در هر فاز است که سیم ها به صورت سری با هم هستند. سیم پیچ های سری امکان گشتاور خروجی بالاتر را در سرعت های پایین تر می دهند زیرا تعداد دورها که متناسب با گشتاور است، عملاً دو برابر می شود. سیم پیچ سری چهار برابر مقدار اندوکتانس یک سیم پیچ نیمه سیم پیچ یا سیم پیچ موازی، دو برابر مقاومت سیم پیچ نیم سیم پیچ است و برای مطابقت با آمپر پیچ های آن به نصف جریان سیم پیچ موازی نیاز دارد.
موتورهای پله ای هیبریدی 2 فاز را می توان به روش های مختلفی در داخل ساخت. اگرچه تعدادی از اجزای مختلف در یک استپر موتور وجود دارد که تأثیر زیادی بر عملکرد دارند، می توان ادعا کرد که مهمترین جزء استاتور است.
استاتور را می توان به گونه ای طراحی کرد که 8 قطب، 12 قطب یا حتی 16 قطب وجود داشته باشد. قطب ها جایی هستند که سیم ها به اطراف پیچیده می شوند و اساساً منجر به سیم پیچی موتور می شوند. تفاوت مکانیکی بین سه نوع طراحی استاتور در شکاف هوای نسبی آنها بین روتور و استاتور است. شکاف هوا بین روتور و استاتور همیشه غیر متمرکز است. هیچ سازنده موتور پله ای نمی تواند قطر بیرونی کامل روتور (روتور OD) و قطر داخلی استاتور (شناسه استاتور) را با تمرکز کامل در یکدیگر تولید کند.
در هر موتور یک تغییر شکاف هوا مشخص است. این تغییر فاصله هوا تأثیر شدیدی بر دقت استپ موتور دارد. با دانستن این موضوع، اجازه دهید قطب های عدد را در دو طرح اول موتور پله ای 0.9 درجه با هم مقایسه کنیم. موتورهای معمولی 0.9 درجه دارای 8 یا 16 قطب در داخل استاتور مربوطه خود هستند.
سیم پیچی روی استاتور
در شکل های 1a و 1b زیر، می بینید که زاویه بین هر قطب در طراحی استپ موتور هیبریدی 8 قطبی 45 درجه است. طراحی 16 قطبی دارای زاویه 22.5 درجه است. به عنوان یک موتور، در یک موقعیت قرار می گیرد که در آن قطب استاتور با روتور در یک راستا قرار دارد. سپس به قطب بعدی حرکت می کند تا با روتور هماهنگ شود. از یک قطب به قطب دیگر، اگر شکاف هوا کمی کوچکتر یا بزرگتر باشد، این تغییر را به صورت دقت گام ناسازگار، لرزش و رزونانس و ناهماهنگی در گشتاور خواهید دید.
تصویر محتوا
هر طراحی استاتور اشکالاتی دارد. به دلیل محدودیت فضا در طراحی 16 قطبی، سیم پیچ کمتری در هر قطب (چرخش در هر سیم پیچ) وجود دارد که منجر به گشتاور خروجی کمتر می شود. طراحی 8 قطبی این مشکل را ندارد بنابراین افت نسبی در گشتاور وجود ندارد. حتی اگر یک طراحی 8 قطبی گشتاور کافی را فراهم می کند، در مقایسه با یک طراحی 16 قطبی که منجر به دقت کمتری می شود، می تواند تا دو برابر بیشتر تغییر شکاف هوا داشته باشد.
هنگام انتخاب بین 8 و 16 طرح قطب استاتور، مشتریان ناگزیر باید بین موتور با گشتاور پایین با دقت بالا یا موتور با گشتاور بالا با دقت کمتر یکی را انتخاب کنند. برای مدتی، این تنها چیزی بود که در دسترس بود. سپس مهندسی لین یک طرح استاتور 12 قطبی را ایجاد و ثبت اختراع کرد تا این شکاف عملکردی را پر کند. طراحی 12 قطبی ترکیبی عالی با طرح‌های سنتی شد زیرا می‌توانست مقدار مناسبی از گشتاور را ارائه دهد و در عین حال دقت گام‌های بالایی را حفظ کند.
در میان دلایل مختلف، طراحی منحصربه‌فرد 12 قطبی به Lin Engineering اجازه داد تا اکثریت بازار دقت بالا و نویز/رزونانس کم را به دست آورد. تا به امروز، Lin Engineering بزرگترین تولید کننده موتور پله ای هیبریدی 0.9 درجه است. اخیراً، Lin Engineering طراحی موتور پله‌ای 0.9 درجه را با فناوری ثبت اختراع سری Signature به سطح بعدی ارتقا داده است. به عنوان مثال، G5709 یک موتور پله ای هیبریدی NEMA 23، 0.9 درجه است که از طراحی 12 قطبی بهره می برد و از فناوری سری Signature استفاده می کند. این امکان عملکرد نهایی را فراهم می کند: دقت بالا بدون از بین بردن مقدار زیادی از فضای سیم پیچ.
چگونه این کار انجام می شود؟ بیایید در مورد تعداد دندان های استاتور بحث کنیم. در استپر 0.9 درجه، 100 دندان روی روتور وجود دارد. بنابراین، تعداد دندانه های استاتور باید کمتر از 100 باشد. هر دندان اضافی که می توانید در طرح استاتور فشار دهید، بدون توجه به فضای سیم پیچ، گشتاور ذاتی در طراحی به شما می دهد.
طرح استاندارد NEMA 23 0.9 درجه استپر شامل 8 قطب و 10 دندان در هر قطب است که در مجموع 80 دندان روی استاتور است. موتور جدید G5709 شامل 12 قطب و 7 دندان در هر قطب است که در مجموع 84 دندانه روی استاتور است. حتی اگر در طراحی 12 قطب استاتور فضای سیم پیچ کمتری در مقایسه با طراحی قطب 8 استاتور وجود دارد، افزایش تعداد دندانه ها تفاوت را ایجاد می کند.
منبع:linengineering