در این پروژه کارشناسی مهندسی برق سعي شده است تا بسيار مختصر و متناسب با محدوديت ها، بزباني ساده و قابل درك ساختار و نحوه كاركرد و كنترل موتورهاي استپي یا همان موتورهای پله ای بررسي و بيان شود. این مقاله در زمینه مهندسی برق را می توانید به صورت فایل word دانلود نمایید.
مقدمه
با پيشرفت روز افزون علم و فناوري همواره نياز هاي جديد به وسايل و دستگاه هاي جديد تر جهت هماهنگي همه بخشهاي صنعت با اين پيشرفت ، به وجود مي آيند. بدين منظور شناخت و طراحي راه كارها و وسايل جديد امري است اجتناب ناپذير.از جمله اين پيشرفت ها ساخت نوع جديد و پيشرفته تري از موتورهاي الكتريكي به نام استپ موتور ها يا موتورهاي پله اي است كه با كاهش انواع هزينه ها در صنایع كم كم جاي مكانيزم هاي پيچيده مكانيكي را خواهند گرفت.
آشنایی با موتور های پله ای
يك استپ موتور وسيله اي الكتريكي است چرخش زاويه اي گسسته يا پله اي دارد و با اتصال به ضربان هايي در فركانسي خاص كار مي كند. هر ضربان فرستاده شده به موتور سبب حركت محور موتور تا زاويه اي معين مي شود كه اين زاويه ، زاويه استپينگ (Stepping Angle) ناميده مي شود.
کنترل دقیق ابزار های صنعتی،رباتها و بسیاری از سخت افزارهای مکانیکی زیر بنا ساخت و تولید ابزارها و وسایل دقیق دیگر هستند.کارکردن با موتورهای پله ای بسیار ساده و مفید است در این مقاله سعی شده است با زبانی ساده روشهای کنترل و راه اندازی موتورهای stepperدر کنار معایب و مزایای استفاده از آن ها بررسی شود.
ساده ترین و متداولترین نوع موتورها
موتورهای dcمعمولی اند که با نام آرمیچر معرفی میشوند.در این موتورها کافی است که دو سر موتور را به یک منبع ولتاژ متصل کنید تا موتور در جهت خاصی شروع به حرکت کند.برای عوض کردن جهت چرخش کافیست موتور را با پلاریته معکوس حالت قبلی به منبع متصل کنید. در این موتورها بعد از قطع کردن ولتاژ موتور، مدت زمانی طول میکشد تا موتور متوقف شود.فرض کنید قصد داریم،موتور بعد از 20دور چرخش متوقف شود.شاید اولین راه حلی که به ذهن بسیاری از افراد برسد این باشد که،زمان لازم برای 20 دور چرخش را محاسبه کنیم و به همان اندازه ولتاژ را به موتور اعمال کنیم.کافیست یکبار این کار را انجام دهید تا ببینید که این روش اصلا دقیق نیست و نمیتواند در حل مسائل واقعی مورد استفاده قرار بگیرد.
اما نوعی از موتورها که به موتور های پلهایstepperمعروفند،میتوانند این مشکل را حل کنند.اولین تفاوتی که در ظاهر این موتورها وجود دارد این است که این موتورها بیش از دو سیم دارند.بسته به نوع موتور معمولا 4، 5یا 6 سیم از این موتور ها خارج شده اند.اگر شفت این موتورها را با دست خیلی آهسته بچرخانید احساس میکنید که موتور پله پله یا گسسته حرکت میکند و حرکت پیوسته و یکنواختی ندارد برخلاف آرمیچر وقتی سر سیم هایی را که از این موتور خارج شده اند را در دست بگیرید وشفت آنرا بچرخانید،میتوانید ولتاژ القایی را که ایجاد میشود را احساس کنید در مورد موتورهای بزرگ این ولتاژ مکن است خیلی بزرگ باشد به دلیل زیاد بودن سیم پیج های این نوع موتورها معمولا این ولتاژ به حدی است که میتوانید به راحتی احساس میکنید که به شما شوک ضعیفی وارد میشود.
موتور های پله ای را میتوان به 3 دسته تقسیم کرد
1 موتور های پله ای مغناطیس دائم(permanent magnet)
2موتورهای پله ای با مقاومت مغناطیسی متغیر(variable reluctance)
3 موتورهای هیبریدی(hybrid) که در واقع ترکیبی از دو حالت فوق میباشد.
مشخصات موتور پله ای
چهار فاکتور عمده هستند که نوع یک موتور پله ای را مشخص میکنند:
1-voltage موتور های پله ای با ولتاژ کارهای مختلفی ساخته میشوند،رایج ترین آنها 24v,12v,5vاست.همواره اعمال ولتاژ کمی بیشتر از ولتاژ نامی موتور برای آفزایش گشتاور در کارکرد بهتر موتور توصیه میشود.
2-current مقدار جریانی که،وقتی موتور در حال کارکرد است در سیم پیچ ها جاری میشود.در ابتدای هر پله جریان بیشتری از سیم پیچ ها میگذرد.
3-torque گشتاور موتور یکی از مهمترین عوامل در انتخاب یک موتور است.گشتاور موتور معرف مقدار ماکزیمم گشتاوری است که می توان به موتور اعمال کرد بدون اینکه حرکت دچار اختلال شود.
4-stepangle زاویه گام زاویه ای است که شفت موتور با اعمال یک پالس طی میکند.زاویه گام معمولا بر حسب درجه بیان میشود.موتورهایی با زاویه گام 90،15،7.5،3.6،1.8و درجه ساخته شده اند.
از معایب موتور های پله ای این است که معمولا سرعت پایینی دارند و همواره افزایش سرعت موجب کاهش گشتاور موتور میشود شکل زیر موئد تغییرات گشتاور برحسب تغییرات سرعت است.
موتور های یونیورسال(UNIVERSAL)
موتور universal موتوری میباشد که ممکن است با جریان مستقیم و یا با جریان متناوب تغذیه شود و سرعت و خروجی یکسان داشته باشد.اصولا ساختمان این موتور ها مانند موتورهای ساختمان موتورهای سرسDCمی باشند.
اصولا این موتور به خاطر سرعت زیاد خود،به ازای هر کیلوگرم وزن،قدرتی بیشتر از سایری موتورهای جریان متناوب( AC)دارد و مشخصه های آن،هم در جریان متناوب و هم در جریان مستقیم مانند موتور سری میباشد.سرعت بی باری آن زیاد و در حدود 20000دور در دقیقه است.از این رو آرمیچر آن به گونه ای طراحی میشود که در چنین سرعت هایی آسیب نبیند.معمولا سرعت این موتورها در بار کامل (Full Load)بین4000تا16000دور در دقیقه و در کمتر از بار نامی تا20000 دور در دقیقه می باشد.سیم پیچی آرمیچر موتورهای یونیورسال از نوع حلقوی ساده میباشد.
موتورهای یونیورسال در تمیز کننده ها و پاک کننده های خلایی(جارو برقی)که سرعت موتور با سرعت بار یکسان است ودر جایی که سرعت موتور به وسیله چرخ دنده ها تقلیل داده میشود مانند مخلوط کننده های مایعات و غذا،مته ها(دریل ها)،وسایل برقی خانگی نظیر آسیاب،مخلوط کن،چرخ گوشت،چرخ خیاطی و غیره مورد استفاده قرار میگیرد.
ساختمان موتورهای یونیورسال
موتورهای یونیورسال به دو صورت ساخته میشوند:
1-نوع قطب متمرکز یا جبران نشده
2-نوع جبران شده با میدان گسترده
مدار های سه فاز
در کشورهای صنعتی ، سه فاز روش عمومی انتقال توان الکتریکی است. این سیستم در واقع نوعی از سیستم چند فاز است. در نیروگاههای برق یک ژنراتور الکتریکی توان مکانیکی را به یک دسته از جریانهای الکتریکی متناوب تبدیل میکند که از هر کدام از سیم پیچهای الکترومغناطیسی یا سیم پیچهای ژنراتور تولید میشوند. جریانها همگی توابعی سینوسی از زمان هستند و همگی دارای فرکانسی مشابه اما با زاویه‌های متفاوت. در یک سیستم سه فاز ، زاویه‌ها دارای اختلاف 120 درجه‌ای (که حداکثر جداسازی ممکن بین زاویه‌هاست) هستند. فرکانس معمولاً در اروپا 50 هرتز و در ایالات متحده 60 هرتز است لیست کشورها به همراه پریزهای خطوط برق ، ولتاژها و فرکانسها را مشاهده کنید.) سه فاز معمولاً توسط رنگها نشانه گذاری شده‌اند، که بطور سنتی قرمز ، زرد و آبی هستند.
1-1-مقدمه 4
1-2-آشنایی با موتور های پله ای 4
1-3-ساده ترین و متداولترین نوع موتورها: 5
1-4-انواع موتورهای پله ای 6
شکل1-1- انواع موتور 7
شکل1-2-اساس کارموتورپله ای دو قطبی 8
شکل1-3-موتور پله ای 9
1-5-مشخصات موتور پله ای 10
1-6-راه اندازی موتورهای پله ای 11
1-7-نتيجه گيري درمورد موتور های STEPPER 14
1-8-موتور های یونیورسال(UNIVERSAL) 14
1-9-ساختمان موتورهای یونیورسال 15
1-10-طرز کار موتور های یونیورسال 17
1-11-مشخصه سرعت گشتاور 18
1-12تغییر دادن جهت چرخش 20
کنترل سرعت موتورUNIVERSAL 20
1-13-روشهای زیر برای کنترل سرعت موتور یونیورسال بکارمیرود: 20
1-14-مدار های سه فاز 22
1-15-انواع اتصالات مدارهای سه فاز 27
1-16-اتصال ستاره-ستاره 28
1-17-اتصال ستاره-مثلث 30
1-18-اتصال مثلث-مثلث 31
1-19-توان در سیستم های سه فاز 35
منابع 36