מהו מנוע צעד: סוגים ועבודתו

מנוע צעד הוא מכשיר אלקטרומכני שהוא ממיר כוח חשמלי לכוח מכני. כמו כן, זהו מנוע חשמלי סינכרוני נטול מברשות שיכול לחלק סיבוב מלא למספר רחב של צעדים. ניתן לשלוט במיקום המנוע בצורה מדויקת ללא כל מנגנון משוב, כל עוד המנוע מוגדל בקפידה ליישום. מנועי צעד דומים למתג מנועי רתיעה. מנוע הצעד משתמש בתורת הפעולה של מגנטים כדי לגרום לפיר המנוע לסובב מרחק מדויק כאשר מסופק דופק חשמל. לסטטור שמונה מוטות, ולרוטור שישה מוטות. הרוטור ידרוש 24 פעימות חשמל בכדי להזיז את 24 הצעדים כדי לבצע מהפכה שלמה אחת. דרך נוספת לומר זאת היא שהרוטור ינוע בדיוק 15 ° לכל דופק חשמל שמקבל המנוע.

עקרון בנייה ועבודה

ה בניית מנוע צעד קשור למדי לא מנוע DC . הוא כולל מגנט קבוע כמו רוטור שנמצא באמצע והוא יסתובב ברגע שכוח יפעל עליו. הרוטור הזה סגור דרך לא. של הסטטור אשר מתפתל דרך סליל מגנטי בכל רחביו. הסטטור מסודר קרוב לרוטור כך ששדות מגנטיים בתוך הסטטורים יוכלו לשלוט על תנועת הרוטור.

מנוע צעדים

ניתן לשלוט על מנוע הצעד באמצעות הפעלת כל סטטור אחד אחד. אז הסטטור יתמגנט ויעבוד כמו מוט אלקטרומגנטי המשתמש באנרגיה דוחה על הרוטור כדי להתקדם. המגנטיזציה האלטרנטיבית של הסטטור כמו גם דה-מגנטיזציה יעבירו את הרוטור בהדרגה ומאפשרים לו לעבור שליטה נהדרת.

ה עקרון עבודה של מנוע צעד הוא אלקטרו-מגנטיות. הוא כולל רוטור אשר מיוצר עם מגנט קבוע ואילו הסטטור הוא עם אלקטרומגנטים. ברגע שהאספקה ​​מסופקת לפיתול הסטטור אז השדה המגנטי יפותח בתוך הסטטור. כעת הרוטור במנוע יתחיל לנוע עם השדה המגנטי המסתובב של הסטטור. אז זהו עקרון העבודה הבסיסי של המנוע הזה.

בניית מנוע צעד

במנוע זה יש ברזל רך הסגור דרך הסטטורים האלקטרומגנטיים. מוטות הסטטור כמו גם הרוטור אינם תלויים בסוג הצעד. ברגע שסטטורים של מנוע זה מפעילים אנרגיה אז הרוטור יסתובב כדי להתייצב עם הסטטור אחרת הוא הופך לפער הנמוך ביותר דרך הסטטור. באופן זה, הסטטורים מופעלים בסדרה כדי לסובב את מנוע הצעד.

טכניקות נהיגה

טכניקת נהיגה במנוע צעד זה יכול להיות אפשרי עם כמה מעגלים מיוחדים בשל העיצוב המורכב שלהם. ישנן מספר שיטות להניע מנוע זה, חלקן נדונות להלן על ידי לקיחת דוגמה למנוע צעד ארבע פאזי.

מצב עירור יחיד

השיטה הבסיסית להניע מנוע צעד היא מצב עירור יחיד. זו שיטה ישנה ולא משתמשים בה הרבה כרגע, אבל צריך לדעת על טכניקה זו. בטכניקה זו כל שלב אחרת סטטור אחד ליד השני יופעל בזה אחר זה לחלופין עם מעגל מיוחד. זה ממגנט ומגנט את המכשיר כדי להזיז את הרוטור קדימה.

כונן צעד מלא

בטכניקה זו מופעלים שני סטטורים בכל פעם במקום אחד בפרק זמן פחות מאוד. טכניקה זו מביאה למומנט גבוה ומאפשרת למנוע להניע את העומס הגבוה.

חצי צעד נסיעה

טכניקה זו קשורה למדי לכונן הצעד המלא מכיוון ששני הסטטורים יסודרו זה ליד זה כך שיופעל תחילה ואילו השלישי יופעל לאחר מכן. מחזור מסוג זה להחלפת שני סטטורים תחילה ואחריו הסטטור השלישי יניע את המנוע. טכניקה זו תביא לשיפור ברזולוציה של מנוע הצעד תוך הפחתת המומנט.

מיקרו סטפינג

טכניקה זו משמשת לרוב בשל דיוקה. זרם הצעד המשתנה יספק על ידי מעגל נהג מנוע צעד לעבר סלילי סטאטור בצורה של צורת גל סינוסואידית. ניתן לשפר את הדיוק של כל צעד באמצעות זרם צעד קטן זה. נעשה שימוש נרחב בטכניקה זו מכיוון שהיא מספקת דיוק גבוה וכן מקטינה את רעשי ההפעלה במידה רבה.

מעגל מנוע צעד ופעולתו

מנועי צעד פועלים באופן שונה מ מנועי מברשת DC , אשר מסתובבים כאשר מתח מופעל על המסופים שלהם. לעומת זאת, במנועי הצעד יש אלקטרומגנטים מרובי שיניים המסודרים סביב פיסת ברזל מרכזית. האלקטרומגנטים מונעים באמצעות מעגל בקרה חיצוני, למשל, מיקרו-בקר.

מעגל מנוע צעד

כדי לגרום לפיר המנוע להסתובב, תחילה ניתן לחשמל אלקטרומגנט אחד, מה שגורם לשיני ההילוך להימשך מגנטית לשיני האלקטרומגנט. בנקודה שבה שיני ההילוך מיושרות אפוא לאלקטרומגנט הראשון, הן מתקזזות מעט מהאלקטרומגנט הבא. לכן כאשר האלקטרומגנט הבא מופעל והראשון מכובה, ההילוך מסתובב מעט כדי להתיישר עם הבא ומשם חוזר על התהליך. כל אחד מאותם סיבובים קלים נקרא צעד, עם מספר שלם של צעדים שעושה סיבוב מלא.

באופן זה, המנוע יכול להיות מופעל על ידי מדויק. מנוע צעד אינו מסתובב ברציפות, הם מסתובבים בשלבים. ישנם 4 סלילים עם 90^אוֹזווית זו לזו קבועה על הסטטור. חיבורי המנוע הצעד נקבעים על ידי אופן חיבורם בין הסלילים. במנוע צעד הסלילים אינם מחוברים. למנוע יש 90^אוֹשלב סיבוב כשהסלילים מונעים בסדר מחזורי, וקובעים את כיוון סיבוב הפיר.

פעולתו של מנוע זה מוצגת על ידי הפעלת המתג. הסלילים מופעלים בסדרה במרווחים של שניות. הפיר מסתובב 90^אוֹבכל פעם שהסליל הבא מופעל. מומנט המהירות הנמוך שלו ישתנה ישירות עם הזרם.

סוגי מנוע צעד

ישנם שלושה סוגים עיקריים של מנועי צעד, והם:

• צעד מגנטים קבוע
• צעד סינכרוני היברידי
• צעד רתיעה משתנה

מנוע צעד מגנטי קבוע

מנועי מגנטים קבועים משתמשים במגנט קבוע (PM) ברוטור ופועלים על המשיכה או הדחייה בין ראש הרוטור לבין אלקטרומגנטים הסטטוריים.

זהו הסוג הנפוץ ביותר של מנוע צעד בהשוואה לסוגים שונים של מנועי צעד הקיימים בשוק. מנוע זה כולל מגנטים קבועים בבניית המנוע. מנוע מסוג זה ידוע גם כמנוע פח / פח ערימה. היתרון העיקרי של מנוע צעד זה הוא פחות עלות ייצור. לכל מהפכה יש 48-24 צעדים.

מנוע צעד רתיעה משתנה

מנועי רתידות משתנים (VR) הם בעלי רוטור ברזל רגיל ופועלים על בסיס העיקרון כי רתיעה מינימלית מתרחשת עם פער מינימלי, ולכן נקודות הרוטור נמשכות לעבר קטבי מגנט הסטטור.

מנוע צעד כמו רתיעה משתנה הוא הסוג הבסיסי של המנוע והוא משמש בשנים האחרונות. כפי שהשם מרמז, המיקום הזוויתי של הרוטור תלוי בעיקר בחוסר הרצון של המעגל המגנטי שיכול להיווצר בין שיני הסטטור וכן ברוטור.

מנוע צעד סינכרוני היברידי

מנועי צעד היברידיים נקראים כי הם משתמשים בשילוב של טכניקות מגנט קבוע (PM) ורתיעה משתנה (VR) כדי להשיג הספק מרבי בגדלי חבילה קטנה.

סוג המנוע הפופולרי ביותר הוא מנוע צעד היברידי כי זה נותן ביצועים טובים בהשוואה לרוטור מגנטים קבוע מבחינת מהירות, רזולוציית צעד ומומנט החזק. אבל, סוג זה של מנוע צעד הוא יקר בהשוואה למנועי צעד מגנטיים קבועים. מנוע זה משלב את התכונות של מגנטים קבועים ומנועי צעד בעלי רצון משתנה. מנועים אלה משמשים כאשר דרושה פחות זווית דריכה כמו 1.5, 1.8 ו- 2.5 מעלות.

כיצד לבחור מנוע צעד?

לפני שתבחר מנוע צעד לדרישתך, חשוב מאוד לבחון את עקומת מהירות המומנט של המנוע. אז מידע זה זמין ממעצב המנוע, והוא מהווה סמל גרפי למומנט המנוע במהירות מוגדרת. עקומת מהירות המומנט של המנוע צריכה להתאים מקרוב את צורכי היישום או אחרת, לא ניתן להשיג את ביצועי המערכת הצפויים.

סוגי חיווט

מנועי הצעד הם בדרך כלל מנועים דו-פאזיים כמו חד-קוטבית אחרת דו-קוטבית. לכל שלב במנוע חד קוטבי ישנם שני פיתולים. כאן, המוקלט במרכז הוא מוליך נפוץ בין שני פיתולים לעבר מוט. המנוע החד קוטבי כולל 5 עד 8 מובילים.

בבנייה, שבה מחולק המשותף של שני קטבים, אולם מנוע צעד זה כולל שישה מובילים. אם ברזי המרכז הדו-מוטיים קצרים בפנים, מנוע זה כולל חמישה מובילים. חד קוטבי עם 8 מוליכים יקל על שני הסדרות והחיבור המקביל ואילו המנוע בעל חוט ההולכה או השישה יש חיבור הסדרה של סליל הסטטור. ניתן לפשט את פעולתו של המנוע החד-קוטבי מכיוון שבמהלך הפעלתם אין דרישה להפוך את זרימת הזרם בתוך מעגל ההנעה המכונה מנועים דו-כיווניים.

במנוע צעד דו קוטבי, לכל מוט, יש סלילה אחת. כיוון האספקה ​​צריך להשתנות דרך מעגל הנהיגה כך שהוא יהפוך למורכב ולכן מנועים אלה נקראים מנועים חד-תכליתיים.

בקרת מנוע צעד על ידי פעימות שעון משתנות

בקרת מנוע צעד מעגל הוא מעגל פשוט בעלות נמוכה, המשמש בעיקר ביישומי הספק נמוך. המעגל מוצג באיור, המורכב מ 555 טיימרים IC כמולטי ויברטור יציב. התדירות מחושבת באמצעות הקשר הנתון.

תדר = 1 / T = 1.45 / (RA + 2RB) C כאשר RA = RB = R2 = R3 = 4.7 קילו-אוהם ו- C = C2 = 100 µF.

בקרת מנוע צעד על ידי פעימות שעון משתנות

הפלט של הטיימר משמש כשעון לשני כפכפי 'D' כפולים של 7474 (U4 ו- U3) שהוגדרו כמונה טבעת. כאשר ההפעלה מופעלת בתחילה, מוגדר רק הכפכף הראשון (כלומר יציאת Q בסיכה 5 של U3 תהיה בהיגיון '1') ושלושת הכפכפים האחרים מאופסים (כלומר יציאת Q היא בהיגיון. 0). עם קבלת דופק שעון, פלט הלוגיקה '1' של הכפכף הראשון מועבר לכפכף השני (סיכה 9 של U3).

לפיכך, פלט לוגיקה 1 ממשיך להשתנות במעגל עם כל דופק שעון. יציאות Q של כל ארבעת הכפכפים מוגברות על ידי מערכי טרנזיסטור של דארלינג טון בתוך ULN2003 (U2) ומחוברים לפיתולי המנוע הצבע כתום, חום, צהוב, שחור ל 16, 15,14, 13 של ULN2003 והאדום ל + אספקה.

הנקודה המשותפת של הפיתול מחוברת לאספקת +12 וולט DC, המחוברת גם לסיכה 9 של ULN2003. קוד הצבע המשמש לפיתולים עשוי להשתנות בין יצרן לייצור. כאשר ההפעלה מופעלת, אות הבקרה המחובר לסיכת ה- SET של הכפכף הראשון וסיכות ה- CLR של שלושת הכפכפים האחרים הופך לפעיל 'נמוך' (בגלל מעגל ההפעלה-מחדש לאפס שנוצר על ידי R1 שילוב C1) כדי להגדיר את הכפכף הראשון ולאפס את שלושת הכפכפים הנותרים.

באיפוס, Q1 של IC3 הופך 'גבוה' ואילו כל פלט Q אחר 'נמוך'. ניתן להפעיל איפוס חיצוני על ידי לחיצה על מתג האיפוס. על ידי לחיצה על מתג האיפוס תוכלו להפסיק את מנוע הצעד. המנוע שוב מתחיל להסתובב באותו כיוון על ידי שחרור מתג האיפוס.

ההבדל בין מנוע צעד ומנוע סרוו

מנועי סרוו מתאימים ליישומי מומנט ומהירות גבוהים ואילו מנוע הצעד הוא פחות יקר ולכן הם משמשים במקום בו נדרשת מומנט ההחזקה הגבוה, תאוצה עם נמוך עד בינוני, וגמישות פעולה פתוחה אחרת. ההבדל בין מנוע צעד ומנוע סרוו כולל את הדברים הבאים.

מנוע צעד לעומת מנוע DC

מנועי הצעד והמנוע הדק משמשים ביישומים תעשייתיים שונים, אך ההבדלים העיקריים בין שני המנועים הללו הם מעט מבלבלים. כאן אנו מפרטים כמה מאפיינים נפוצים בין שני העיצובים הללו. להלן נדון בכל מאפיין.

פרמטרים של מנוע צעד

הפרמטרים של מנוע הצעד כוללים בעיקר זווית צעד, צעדים לכל מהפכה, צעדים לכל שנייה, סל'ד.

זווית צעד

ניתן להגדיר את זווית המדרגה של מנוע הצעד כזווית בה מסתובב הרוטור של המנוע ברגע שניתן דופק יחיד לכניסת הסטטור. ניתן להגדיר את רזולוציית המנוע כמספר השלבים של המנוע ומספר הסיבובים של הרוטור.

רזולוציה = מספר הצעדים / מספר המהפכה של הרוטור

ניתן להחליט על סידור המנוע באמצעות הזווית המדרגתית והוא בא לידי ביטוי במעלות. הרזולוציה של מנוע (מספר המדרגה) היא המס 'לא. שלבים שעושים בתוך מהפכה אחת של הרוטור. כאשר זווית הצעד של המנוע קטנה אז הרזולוציה גבוהה לסידור המנוע הזה.

מדויקות סידורי החפצים באמצעות מנוע זה תלויה בעיקר ברזולוציה. ברגע שהרזולוציה גבוהה אז הדיוק יהיה נמוך.

מנועי דיוק מסוימים יכולים ליצור 1000 מדרגות בתוך מהפכה אחת כולל 0.36 מעלות של זווית צעד. מנוע טיפוסי כולל 1.8 מעלות של זווית מדרגה עם 200 צעדים לכל סיבוב. זוויות המדרגה השונות כגון 15 מעלות, 45 מעלות ו- 90 מעלות נפוצות מאוד במנועים רגילים. מספר הזוויות יכול להשתנות משניים לשש וניתן להשיג זווית מדרגה קטנה דרך חלקי מוט מחורצים.

צעדים לכל מהפכה

ניתן להגדיר את הצעדים לכל רזולוציה כמספר זוויות הצעד הדרושות למהפכה מוחלטת. הנוסחה לכך היא 360 ° / זווית צעד.

צעדים לכל שנייה

סוג זה של פרמטר משמש בעיקר למדידת מספר הצעדים המכוסים בכל שנייה.

מהפכה לדקה

הסל'ד הוא המהפכה לדקה. הוא משמש למדידת תדירות המהפכה. אז על ידי שימוש בפרמטר זה, אנו יכולים לחשב את מספר הסיבובים בדקה אחת. הקשר העיקרי בין הפרמטרים של מנוע הצעד הוא כמו הבא.

צעדים לכל שנייה = מהפכה לדקה x צעדים למהפכה / 60

ממשק מנוע צעד עם מיקרו-בקר 8051

ממשק מנוע צעד עם 8051 הוא פשוט מאוד על ידי שימוש בשלושה מצבים כמו כונן גל, כונן צעד מלא וחצי צעד על ידי מתן 0 & 1 לארבעת החוטים של המנוע בהתבסס על איזה מצב כונן עלינו לבחור להפעלת מנוע זה.

יש לחבר את שני החוטים הנותרים לאספקת מתח. כאן משתמשים במנוע הצעד החד קוטבי כאשר ארבעת הקצוות של הסלילים מחוברים לארבעת הפינים הראשיים של יציאה -2 במיקרו-בקר באמצעות ULN2003A.

מיקרו-בקר זה אינו מספק זרם מספיק בכדי להניע את הסלילים כך שהנהג הנוכחי IC אוהב ULN2003A. יש להשתמש ב- ULN2003A וזה אוסף של 7 זוגות טרנזיסטורי NPN דרלינגטון. העיצוב של הזוג דרלינגטון יכול להיעשות באמצעות שני טרנזיסטורים דו-קוטביים המחוברים להשגת הגברת זרם מקסימאלית.

ב- IC ULN2003A הנהג, סיכות קלט הן 7, סיכות פלט הן 7, כאשר שני פינים מיועדים לאספקת חשמל ומסופי קרקע. כאן משתמשים בסיכות 4 קלט ו -4 פלט. כחלופה ל- ULN2003A, L293D IC משמש גם להגברת הזרם.

עליכם להתבונן בשני חוטים נפוצים וארבעה חוטי סליל בזהירות רבה, אחרת המנוע הצעד לא יסתובב. ניתן לראות זאת על ידי מדידת ההתנגדות דרך מולטימטר אך המולטימטר לא יציג קריאות בין שני שלבי החוטים. ברגע שהחוט המשותף ושני החוטים האחרים נמצאים בשלב שווה, עליו להציג התנגדות דומה ואילו שתי נקודות הסיום של הסלילים בשלב הדומה יוכיחו את ההתנגדות הכפולה לעומת ההתנגדות בקרב נקודה משותפת כמו גם נקודת קצה אחת.

פתרון תקלות

• פתרון בעיות הוא התהליך לבדיקת מצב המנוע האם המנוע עובד או לא. רשימת הבדיקה הבאה משמשת לפתרון בעיות במנוע הצעד.
• ראשית, ודא את החיבורים וכן את קוד המעגל.
• אם זה בסדר, ודא לאחר מכן שהמנוע מקבל אספקת מתח תקינה, אחרת הוא פשוט רוטט אך לא מסתובב.
• אם אספקת המתח תקינה, ודא את נקודות הקצה של ארבעת הסלילים הקשורים ל- ULN2003A IC.
• ראשית, גלה את שני נקודות הקצה הכלליות ותקן אותם לאספקת 12 וולט, לאחר מכן תקן את ארבעת החוטים הנותרים ל- IC ULN2003A. עד שמנוע הצעד מתחיל, נסה את כל השילובים האפשריים. אם החיבור של זה אינו תקין אז המנוע הזה ירטוט במקום להסתובב.

האם מנועי הצעד יכולים לפעול באופן רציף?

באופן כללי, כל המנועים פועלים או מסתובבים ברציפות אך רוב המנועים אינם יכולים להפסיק בזמן שהם נמצאים תחת חשמל. כשאתה מנסה להגביל את פיר המנוע כאשר הוא נמצא תחת אספקת חשמל אז הוא יישרף או יישבר.

לחלופין, מנועי צעד מתוכננים לבצע צעד נפרד, ואז לחכות שם שוב ולהישאר שם. אם אנו רוצים לגרום למנוע להישאר במקום אחד פחות זמן לפני שנעבור שוב אז זה נראה כמו סיבוב רצוף. צריכת החשמל של מנועים אלה גבוהה אך פיזור ההספק מתרחש בעיקר לאחר שהמנוע נעצר או מתוכנן בצורה גרועה אז יש סיכוי להתחממות יתר. מסיבה זו, ההיצע הנוכחי של המנוע מצטמצם לעיתים קרובות ברגע שהמנוע נמצא במצב אחיזה לזמן ארוך יותר.

הסיבה העיקרית היא שברגע שהמנוע מסתובב, ניתן לשנות את חלק הכוח החשמלי הקלט שלו לכוח מכני. כאשר המנוע נעצר בזמן שהוא מסתובב, ניתן לשנות את כל כוח הקלט לחום בחלק הפנימי של הסליל.

יתרונות

ה היתרונות של מנוע צעד כלול את הבאים.

• חספוס
• בנייה פשוטה
• יכול לעבוד במערכת בקרה פתוחה
• התחזוקה נמוכה
• זה עובד בכל מצב
• אמינות גבוהה
• זווית הסיבוב של המנוע פרופורציונאלית לדופק הכניסה.
• המנוע מלא במומנט בעמידה.
• מיקום מדויק וחוזרות תנועה מכיוון שמנועי צעד טובים הם בעלי דיוק של 3-5% של שלב ושגיאה זו אינה מצטברת משלב אחד למשנהו.
• תגובה מצוינת להתנעה, עצירה והיפוך.
• אמין מאוד מכיוון שאין מברשות מגע במנוע. לכן חיי המנוע פשוט תלויים בחיי המסב.
• תגובת המנוע לפולסי כניסה דיגיטליים מספקת שליטה בלולאה פתוחה, מה שהופך את המנוע לפשוט יותר ופחות יקר לשליטה.
• אפשר להשיג סיבוב סינכרוני במהירות נמוכה מאוד עם עומס שמצמידים ישירות לפיר.
• ניתן לממש מגוון רחב של מהירויות סיבוב שכן המהירות פרופורציונאלית לתדירות פעימות הכניסה.

חסרונות

ה חסרונות של מנוע צעד כלול את הבאים.

• היעילות נמוכה
• מומנט המנוע יורד במהירות עם המהירות
• הדיוק נמוך
• משוב אינו משמש לציון צעדים פוטנציאליים שהוחמצו
• מומנט קטן לעבר יחס האינרציה
• מאוד רועש
• אם המנוע אינו נשלט כראוי אז תהודה יכולה להתרחש
• הפעלת מנוע זה אינה קלה במהירויות גבוהות מאוד.
• מעגל הבקרה הייעודי הכרחי
• בהשוואה למנועי DC, הוא משתמש בזרם רב יותר

יישומים

ה יישומים של מנוע צעד כלול את הבאים.

1. מכונות תעשייתיות - מנועי צעד משמשים במדי הרכב ובכלי ייצור אוטומטי.
2. בִּטָחוֹן - מוצרי מעקב חדשים לתעשיית האבטחה.
3. רְפוּאִי - משתמשים במנועי צעד בתוך סורקים רפואיים, דוגמאות, ונמצאים גם בצילומי שיניים דיגיטליים, משאבות נוזלים, מכשירי הנשמה ומכונות לניתוח דם.
4. מוצרי אלקטרוניקה - מנועי צעד במצלמות לפונקציות מיקוד דיגיטליות אוטומטיות וזום.

ויש להם גם יישומי מכונות עסקיות, יישומי ציוד היקפי למחשב.

לפיכך, מדובר בכל סקירה כללית של מנוע הצעד כמו בנייה, עקרון עבודה, הבדלים, יתרונות, חסרונות ויישומיו. עכשיו יש לך מושג על סוגי מנועי העל ויישומיהם אם יש לך שאלות בנושא זה או החשמל פרויקטים אלקטרוניים השאירו את ההערות למטה.

אשראי צילום

• מנוע צעד על ידי MST