استپ موتور چیست ؟

موتور پله ای نوعی از موتور dc است که به صورت گسسته حرکت میکند. درون موتور پله ای چندین سیم پیچ وجود دارد که در گروه هایی به نام فاز قرار داده شده اند. با عبور الکتریسیته از هر یک از این فازها، موتور با سرعت یک گام در واحد زمانی به چرخش در می آید.

خرید استپ موتور

خرید درایور استپ موتور

با کنترل کردن گام های استپ موتور توسط یک مولد پالس، مانند یک پی ال سی یا کنترلر CNC یا میکروکنترلر کنترلر استپ موتور، و ارسال آن به درایور استپ موتور، میتوان کنترل سرعت و موقعیت بسیار دقیقی به دست آورد. به همین دلیل استپر موتورها گزینه هایی مناسب برای استفاده در پروژه هایی هستند که نیاز به کنترل حرکت دقیق دارند. استپ موتور ها در اندازه ها و انواع مختلف با مشخصات الکتریکی متفاوت برای کارهای صنعتی مختلفی وجود دارند که بر حسب نیاز متیوان یکی از آن ها را انتخاب کرد.

اجزا تشکیل دهنده استپ موتور

استپ موتور از قسمت های استاتور، روتور و قاب های سر و انتها تشکیل شده است.

استاتور : در قسمت استاتور تعدادی سیم پیچ با هم گروه بندی شده اند. مثلا در استپ موتور دو فاز دو گروه سیم پیچ میبینید که از داخل با هم اتصال دارند که نهایتا چهار سیم از آن ها بیرو ن آمده که دو به دو به هر کدام به گروه سیم چیپ ها متصل اند. در استپ موتور سه فاز شش سیم خروجی خواهید داشت و در استپ موتور 5 فاز 10 سیم خروجی. البته این نکته باید گفته شود که در موتور های پله ای گاها این ده سیم یا شش سیم از داخل با یکدیگر سری یا موازی میشوند و بیرون می آیند.

روتور : روتور معمولا بسته به اینکه گشتاور موتور پله ای و طول موتور پله ای چقدر است تعدا دطبقات کمتر یا بیشتری دارد. مثلا در یک موتور پله ای که 4 طبقه است اگر میخواهد طول بیشتری داشته باشد می تواند تا 8 طبقه شود که در نتیجه آن گشتاور استپ موتور بیشتر می شود یا می تواند طول آن به 2 طبقه کاهش پیدا کند که در آن صورت نیز گشتاور استپ موتور نصف خواهد شد.

قاب استپ موتور : در تمامی موتور های پله ای بر خلاف باقی موتورها که بوش و بلبرینگ وجود دارد در موتور پله ای در دو طرف فقط بلبرینگ می بینید. علت عمر بالای استپ موتور هم همین موضوع است یعنی اثری از ذغال نمیبینید که بخواهد تمام شود یا اینکه بوشی وجود ندارد که بوش بخواهد جا بیندازد و خراب شود و عملکرد موتور پله ای با مشکل مواجه شود.

همچنین بخوانید: راه اندازی استپ موتور در ۱۰ دقیقه (آموزش جامع تصویری)

انواع استپ موتور؛ مشخصات فنی و مقایسه آنها

سرعت کارکرد استپ موتور

5 فاز > 3 فاز > 2 فاز

دقت کارکرد استپ موتور

5 فاز> 3 فاز > 2 فاز

صرفه اقتصادی استپ موتورها

2 فاز > 3 فاز > 5 فاز

موجودی بازار

2 فاز > 5 فاز > 3 فاز

مقایسه انواع استپ موتور از لحاظ کاربرد

• استپ موتورهای 3 فاز بیشتر در حرکتهای با رفت و برگشت زیاد و سریع به کار می روند.
• استپ موتورهای 5 فاز در حرکتهای با سرعت و دقت بالا به کار گرفته می شوند، تا جاییکه یک استپ موتور 5 فاز با درایور میکرواستپ می تواند دقتی تقریبا معادل یک سرو موتور 17 بیتی داشته باشد.
• استپ موتورهای 5 فاز با درایور معمولی (Full/Half) لرزش بسیار کمی دارند و جز در موارد با دقت زیاد، نیازی به درایور میکرو استپ ندارند.
• استپ موتور های دو فاز با درایور معمولی (Full/Half) لرزش زیادی دارند و می بایست برای حذف لرزش آنها از روشهای مکانیکی استفاده نمود.
• به صورت کلی، اگر در پروژه های خود از سرو موتور (+گیربکس) استفاده می کنید، ولی به سرعت بالایی نیاز ندارید (کمتر از 500RPM) و گشتاور مورد نیازتان نیز کمتر از 30N.M است، می توانید جهت کاهش هزینه های خود به موتور پله ای فکر کنید.

میکرو استپ در درایور استپ موتور به چه معناست؟

گام حرکت پیش فرض موتور های پله ای به طور عمومی به این صورت است:

• استپ موتور دو فاز: 0.9 یا 1.8 درجه
• استپ موتور سه فاز: 0.6 یا 1.2 درجه
• استپ موتور پنج فاز: 0.75 درجه

این به این معنی است که با ولتاژدهی فاز بعدی نسبت به فاز قبلی، این مقدار زاویه توسط استپ موتور طی خواهد شد.

میکرواستپ در درایور استپ موتور چگونه عمل می کند؟

درایورهای میکرواستپ بجای آنکه ولتاژ را به صورت صفر و یک به فازهای متوالی موتور تحویل دهند، آن را تقسیم نموده و به عنوان مثال در میکرواستپ با تقسیمات 16، در مرحله اول 1/16 ولتاژ را به فاز اول و 15/16 آن را به فاز دوم تحویل می دهند. در مرحله دوم 2/16 را به فاز اول و 14/16 را به فاز دوم. و به این ترتیب رزولوشن حرکت موتور را ریزتر و دقیقتر می کنند.

میکرواستپ بالا چه تأثیری دارد؟

این امر باعث می شود دقت حرکت موتور پله ای بالا رفته و در عین حال لرزش موتور پله ای بمقدار زیادی کنترل شود.

میکرواستپ بالا چه معایبی دارد؟

در میکرو استپ های بالا، باعث کاهش گشتاور موتور شده و احتمال گم کردن پالس نیز زیاد می شود.

همچنین این صفحه را ببینید: کاتالوگ استپ موتور

راهنمای سیم بندی استپ موتور

استپ ‌موتورها شامل استاتور یا همون قطب‌ها، و روتور که معمولا آهنربای دائمی، هستند. هر فاز یک سیم‌پیچ جداگانه دارد. در استپ موتورهای دوفاز، استاتور ۸ قطب اصلی، یعنی ۴ قطب به ازای هر فاز دارد. در سه‌فاز‌ها استاتور ۶ قطب اصلی، یعنی دو قطب به ازای هر فاز دارد. و در پنج‌فاز‌ها هم ۱۰ قطب، یعنی دو قطب برای هر فاز دارد. استپ موتورهای دو فاز 4 سیم، 6 سیم، یا 8 سیم هستند، استپ موتورهای سه فاز، 3 سیم یا 6 سیم هستند و استپ موتورهای پنج فاز 5 سیم هستند. پس اگر استپ موتور سه سیم باشد، حتما سه فاز دارد، اگر 4 یا 8 سیم هست حتما دو فاز است و اگر 5 سیم هست، حتما 5 فاز است. فقط اگر 6 سیم باشد ممکنه دو یا سه فاز باشد. در اینصورت اگر مولتیمتر وصل کردید و دو تا سیم پیچ سه سر پیدا کردید، موتور دو فاز بوده و اگر سه تا سیم پیچ دو سر پیدا کردید، دو فاز می باشد. در مورد استپ موتورهای 3 فازِ 6 سیم و استپ موتورهای پنج فاز، برای پیدا کردن سیم ها بهتره به دیتاشیت مراجعه شود. در استپ موتورهای سه فاز 3 سیم، دانستن سیم بندی چندان مهم نیست و در صورت اشتباه زدن فقط جهت چرخش عوض می شود. اما در مورد استپ موتورهای دو فاز که خیلی هم پرکاربرد هستند، پیدا کردن سیم ها، علاوه بر دیتاشیت با مولتیمتر هم امکانپذیر است.

سیم بندی استپ موتور دو فاز 4 سیم

در 4 سیم ها دو تا سیم پیچ داریم که دو به دو به هم راه می دهند و با مولتیمتر می شود پیدا کرد. راه دیگر هم این است که سیمهای یک سیم پیچ رو اگر به هم بزنیم، شفت موتور سفت تر می چرخد. یک زوج را فاز A نامگذاری می کنیم و زوج دیگر را فاز B می نامیم . اینکه کدام A باشد یا B مهم نیست. ضمنا در هر فاز هم + یا – دانستن هر سیم باز مهم نیست و تغییر آنها فقط باعث تغییر جهت حرکت می شود.

سیم بندی استپ موتور دو فاز 6 سیم

در موتورهای دو فاز 6 سیم، هر فاز سه تا سیم دارد که با مولتیمتر می شود پیدا کرد که کدام ها با هم در یک فاز هستند. در هر فاز یک سر سیم مشترک وجود دارد که با آن دو تای دیگر اهم کمتری در حدود نصف نشان می دهد. در 6 سیم ها می توانید سر مشترک را استفاده نکنید که در این صورت جریان کشی و سرعت بالاتری خواهید داشت. اگر بخواهید از یکی از سرهای اصلی و سر مشترک استفاده کنید، جریان کشی و سرعت حرکت کمتر، ولی نرم تری خواهید داشت. باید دقت کنید که سر سیم های استفاده نشده به هیچ جای دیگر و یا به همدیگر وصل نشوند. در غیر اینصورت می تواند باعث سوختن درایور بشود.

سیم بندی استپ موتور دو فاز 8 سیم

در مورد موتورهای 8 سیم پیدا کردن سرسیم ها قدری پیچیده است و بهتر است که به دیتاشیت مراجعه شود. سیم بندی 8 سیم ها را می شود هم بصورت 5 سیم یونیپلار که مختص درایورهای خیلی قدیمی است انجام داد، هم بصورت 4 سیم بایپلار موازی که آمپر بیشتری می کشد و برای سرعت ها و قدرت های بالاتر مناسب است و هم 4 سیم بایپلار سری که آمپر کمتری می کشد و برای سرعتهای پایین تر مناسب می باشد.

سیم بندی دو استپ موتور به یک درایور

در برخی کاربردها، مثل محور X برخی دستگاههای CNC دو تا استپ موتور دارند که به کمک هم و یا جداگانه، اما کاملا همزمان، یک حرکت را بصورت کاملا یکسان انجام می دهند. در این صورت می توانید بجای دو تا درایور از یک درایور استفاده کنید، به شرطی که درایور مجموع جریان دو تا موتور را بتواند ساپورت کند. ضمنا اگر حرکتی داشته باشید که دو تا موتور کاملا یکسان حرکت می کنند و فقط جهت حرکتشان معکوس همدیگر است، می توانید در یکی از موتورها، سیمهای موجود در یکی از فازها را جابجا نمایید.

سیم بندی استپ موتور برای درایورهای دو و سه محور

ما در مانا موتور درایورهایی مثل R60X2 و R60X3 را موجود داریم که می توانند همزمان به دو یا سه استپ موتور و بصورت کاملا جداگانه فرمان بدهند. این درایورها در دستگاههای کوچک و یا پیچیده که می خواهیم تابلوی ساده تر و کم حجم تری داشته باشند، خیلی مناسب هستند. در این درایورهای به ازای هر کدام از استپ موتورها، یک سری خروجی موتور، و یک سری ورودی فرمان وجود دارد.

مزایا و معایب استفاده از استپ موتور

مزایای استپ موتور : با هزینه خیلی کم پروژه های کنترل موقعیت میتوان انجام داد. ابعاد کوچکی دارند و در ابعاد کوچک گشتاور زیادی میتوانند اعمال کنند. سایزبندی های مختلف دارند و بسته به پروژه های مختلف میتوان از آن ها استفاده کرد. درایورهای آن ها درایور های ساده ای است و کار با آن ها ساده است.

معایب استپ موتور : در سرعت های خیلی بالا نمیتوانند کار بکنند. اگر در پروژه اینرسی بار زیاد باشد احتمال اینکه خطایی رخ دهد وجود دارد و آن خطا باید به نوعی اصلاح شود به این صورت که درسیستم کالیبراسیون قرار داد یا این که انکودری داشته باشید تا خطاها را تشخیص دهد.

نسل جدید استپ موتورها (ezi-servo) چگونه کار می کند و چه مزایایی در مقایسه با سرو موتورهای ac دارد ؟

ایزی-سروو ها (Ezi-Servo)، استپ موتورهای انکودردار (Closed-Loop Step Motor) هستند که با درایور استپ موتور مربوطه می توانند به صورت سرو (حلقه بسته) و با دقت بالا عمل نمایند.

ایزی-سرو ها در مقایسه با سرو موتورهای معمول AC موجود در بازار:

1- قیمت پایین تر نسبت به سرو موتورهای با گشتاور مساوی دارند.

2- ابعاد کوچکتر نسبت به سرو موتورهای با گشتاور مساوی دارند.

3- با توجه به اینکه در دور پایین، گشتاور بالایی تولید می کنند، جایگزین مناسبی جهت ترکیب « سرو موتور + گیربکس سروو موتور » در CNC ها بوده و با قیمت پایین تر، بدون لقی عمل می نمایند.

4- با توجه به ساختار استپ این نوع موتورها، از خطاهای ناشی از Tuning ناصحیح سرو موتور در تثبیت موقعیت جلوگیری می شود.

5- با توجه به میکرو استپ بودن درایور این موتورها، هیچ گونه لرزشی در هنگام کار وجود ندارد.

6- تقریبا همیشه در سروو موتور ها در هنگام کنترل موقعیت، خطای ناشی از Overshoot وجود خواهد داشت که در ساختار استپ گونه سرو استپ ها چنین خطایی رخ نمی دهد.

7-این نوع موتورها با توجه به ساختار استپ آن، نمی توانند در دورهای بالا کار کنند.

چالش های خرید استپ موتور:

از بین استپ موتورهای دوفاز، سه فاز و پنج فاز که در ساختار داخلی، دقت و سرعت تفاوت دارند، کاربرد استپ موتورهای دو فاز ۴ سیم بسیار بیشتر از بقیه است، برای انتخاب درایور استپ موتور مناسب به موارد زیر توجه بفرمائید:

• استپ موتورها برای سرعت‌های بیش از 10 دور بر دقیقه عملکرد خیلی خوبی دارند. اما در دورهای کمتر از 10 دور بر دقیقه لرزش دارند و برای کاهش این لرزش استفاده از استپ موتور گیربکس دار رو پیشنهاد می کنیم.
• عملکرد مناسب استپ موتورهای معمولی حداکثر تا 300 دور بر دقیقه است و در دورهای بالاتر، معمولا موقعیت رو گم می کنند. برای دورهای بالاتر از اون و تا 6۰۰ دور بر دقیقه از استپ موتور انکودردار رو پیشنهاد می کنیم. و برای بالاتر از 600 دور، استفاده از سرو‌و موتور منطقی تر است.
• داغ کردن استپ موتور حتی تا ۸۰ درجه، بدلیل ساختار داخلی که دارد عادی است و جای نگرانی ندارد.
• بین دو تا استپ موتور با مشخصات فنی کاملا یکسان، آن که جریان کاری بیشتری دارد، برای ساعت‌های بالاتر مناسب‌تر است، ولی بیشتر داغ می‌کند و عمر نسبتا کمتری دارد.
• دقت داشته باشید در استپ موتورها با افزایش دور، گشتاورش افت می کند و معمولا تا ۵۰ دور بر دقیقه گشتاور نامی خودش را دارد و به تدریج کاهش پیدا می کند و در 300 دور بر دقیقه حداکثر 20 درصد گشتاور اصلیش را دارد.
• برای جایگزینی با سروو‌موتور، بطور حدودی استپ موتوری با گشتاور سه برابر را میشود انتخاب کرد. مثلا به جای سروو‌موتور ۴۰۰ وات از استپ موتور ۴۵ کیلوگرم سانتیمتر و به جای سرو موتور ۷۵۰ وات از استپ موتور ۸۵ کیلوگرم سانتیمتر و به جای سروو‌موتور ۱ کیلووات ۱۰۰۰ دور از استپ موتور ۲۸۰ کیلوگرم سانتیمتر استفاده کنید.

• در مورد انتخاب استپ موتور برای مکانیزم بال اسکرو، اگر بعنوان مثال گام بال اسکروی شما 5 میلیمتر هست و قرار است با آن یک نیروی محوری 200 کیلویی اعمال کنید، ضریب 0.02 را در عدد 200 کیلوگرم و در گام 5 میلیمتر ضرب کنید که در این صورت به عدد 20 کیلوگرم سانتیمتر می رسید. بنابراین استپ موتوری با گشتاور 20 کیوگرم به بالا نیاز دارید. اما یادتان باشد که این برای سرعت های پایین است و اگر در سرعت های بالایی قرار است کار کند، باید گشتاور را تا حدود 3 برابر هم در نظر بگیرید.
• از پرکاربردترین و پرمصرف ترین استپ موتورها باید به استپ موتورهای فلنج ۵۷ میلیمتر، با گشتاورهای ۹ و ۱۳، و ۲۲ کیلوگرم سانتیمتر، استپ موتورهای فلنج ۸۶ میلیمتر با گشتاورهای ۴۵ و ۸۵ و ۱۲۰ کیلوگرم. سانتیمتر و موتورهای با فلنج ۱۱۰ میلیمتر ۲۰۰ و ۲۸۰ کیلو اشاره کرد.

پاسخ به یک پرسش: برای استپ موتور درایور آماده بخریم یا خودمان آن را بسازیم ؟

موتور های پله ای قیمت مناسبی دارند. یعنی اگر بخواهید یک پروژه کنترل موقعیت را با یک موتور دیسی انکودر دار یا یک موتور ایسی اینورتر دار یا یک سرو ایسی انجام دهید همه این ها در مقایسه با پروژه ای که با استپ موتور و درایور انجام می شود قطعا هزینه استپ موتور و درایور هزینه مناسب تری خواهد بود و در تیراژ برای دستگاه هایی که قرار است در تعداد زیاد تولید شود قطعا هزینه تمام شده موتور پله ای خیلی مناسب تر خواهد بود.

بعضی افراد در پروژه هایی که تعداد مصرف موتور زیاد است درایور را خودشان میسازند و این امکان وجود دارد البته ما این پیشنهاد را نمیدهیم که برای پروژه هایی با تعداد پایین خودتان درایور استپ موتور بسازید، چون سعی و خطا برای ساخت درایور استپ موتور و هزینه های طراحی و سعی و خطا انقدر زیاد است که برای تعداد کم به صرفه نیست و اگر پروژه ای دارید که حداقل 100 موتور پله ای در آن استفاده می شود میتوان به این گزینه فکر کرد در غیر این صورت پیشنهاد داده می شود که از درایورهای استاندارد موجود در بازار استفاده شود.