مقایسه موتورهای پله ای 2 فاز و 5 فاز

متن پیش رو بر گرفته از اینجا است. مقایسه ای بین موتورهای دو فاز (1.8°/0.9°) و پنج فاز (0.72°/0.36°) در زمینه های زیر انجام شده است:

  • رزولوشن (resolution)
  • ارتعاشات
  • گشتاور
  • دقت
  • سنکرون کردن

تفاوت در چیست؟

دو تفاوت عمده بین موتورهای پله ای دو فاز و پنج فاز وجود دارد. اولین تفاوت در ساختار مکانیکی آنهاست. موتور پله ای از دو بخش عمده روتور و استاتور تشکیل شده است. روتور به نوبه خود از سه جزء rotor cup1، rotor cup2 و یک آهنربای دائم تشکیل شده است. در یک موتور پله ای 2 فاز استاتور از 8 قطب مغناطیسی با دندانه های کوچک ساخته شده است در حالیکه تعداد قطبها در موتور 5 فاز 10 عدد است. هر قطب از استاتور سیم پیچ جداگانه ای دارد.

نمای داخلی موتور پله ای

نمای داخلی موتور پله ای

تفاوت دیگر بین 2 فاز و 5 فاز در تعداد فازها است. موتور دو فاز دو فاز “A” و “B” دارد درحالیکه موتور 5 فاز دارای پنج فاز است. در اصل منظور از تعداد فازها تعداد ترکیب های مختلفی است که به ترتیب برای به حرکت درآمدن موتور تغذیه به آنها وصل می شود.

این تفاوتها چه تغییری در عملکرد دو موتور دارد؟ بدیهی است که روش به کار رفته در درایور موتور مانند Wave Drive، گام کامل (Full Step)، نیم گام (Half Step) و ریزگام (Micro step) هرکدام به نوبه خود در نحوه عملکرد هریک از این موتورها تأثیر میگذارد. صرفنظر از نوع درایو در مورد تفاوت های عمده عملکرد این موتورها می توان به موارد زیر اشاره کرد.

رزولوشن یا تفکیک پذیری (Resolution)

از لحاظ سازه ای تفاوت زیاد نیست. مثلا روتور موتورهای 2 فاز و 5 فاز شرکت اورینتال هر دو 50 دندانه دارند. تفاوت در این است که از آنجا که موتور پله ای 5 فاز دارای 10 قطب است روتور تنها باید یک دهم گام یک دندانه را حرکت کند تا با فاز بعدی در یک راستا قرار گیرد. در موتور دو فاز موتور باید یک چهارم گام دندانه حرکت نماید تا در راستای فاز بعدی قرار بگیرد.

در نتیجه در موتور دو فاز 200 گام در دور یا به عبارتی 1.8 درجه در هرگام خواهیم داشت در حالیکه در موتور 5 فاز 500 گام در هر دور یا به عبارت دیگر 0.72 درجه در هر گام خواهیم داشت. این افزایش رزولوشن در ذات طراحی موتور 5 فاز نهفته است. وقتی با درایورهای دارای قابلیت حرکت ریزگام همراه شود می تواند با پله های در حد 0.00288 درجه حرکت کند. توجه کنید که دقت و تکرارپذیری (repeatability) کماکان به دقت مکانیکی موتور وابسته است. دقت مکانیکی هر دو نوع موتور 2 فاز و 5 فاز ±3 دقیقه قوسی (0.05 درجه) است.

ارتعاشات

از آنجا که هر گام موتور پله ای 5 فاز 0.72 درجه در مقابل 1.8 درجه موتور 2 فاز است ارتعاشات موتور 5 فاز به مراتب از موتور 2 فاز کمتر خواهد بود. شکل زیر ارتعاشات تولید شده توسط هریک از این موتورها را نشان می دهد.

 ارتعاشات موتور پله ای 2 فاز و 5 فاز

(این نمودار با درایور ریزگام حدود 5000 گام بر دور ترسیم شده است. یک ژنراتور به محور دوم موتور وصل شده و خروجی ولتاژ آن اندازه گیری شده است. با ارتعاش بیشتر موتور ولتاژ بیشتری تولید شده است.)

گشتاور

با اینکه تفاوت کمی بین گشتاور خروجی موتور دو فاز و پنج فاز است، موتور 5 فاز گشتاور قابل استفاده بیشتری دارد. دلیل آن میزان نوسانات گشتاوری است که دو نوع موتور تولید می کنند.

داریو نیم گام یا ریز گام یک موتور 5 فاز گشتاور را تا حدود 10 درصد افزایش می دهد چرا که تعداد فاز بیشتری به تغذیه وصل می شوند. این در حالی است که موتور دو فاز با افت گشتاور تا 40 درصد مواجه خواهد شد. اما اغلب درایورهای دو فاز آن مسأله را با overdrive کردن بردار گشتاور مخالف جبران می کنند.

وقتی فازهای مختلف با هم کار می کنند و اثر آنها در تولید گشتاور با هم جمع می شود نوسان گشتاور در موتور 5 فاز نسبت موتور 2 فاز کاهش بیشتری پیدا می کند. مقدار تفاوت بین حداکثر و حداقل گشتاور در موتور دو فاز به 29 درصد و در موتور پنج فاز به 5 درصد می رسد.

از آنجایی که نوسانات گشتاور مستقیماً در ارتعاشات موتور تأثیر گذار است موتور 5 فاز می تواند نرمتر از موتور 2 فاز حرکت کند.

جابجایی دندانهگشتاور و جابجایی نوسانات گشتار موتور 2 فاز پله ای

 نوسانات گشتاور برای موتور 2 فاز

 نوسانات گشتاور موتور پله ای 5 فاز

نوسانات گشتاور برای موتور 5 فاز

دقت (Accuracy) و تکرار پذیری (Repeatability)

دقت دارای دو مؤلفه است مکانیکی و الکتریکی. خطای الکتریکی از بالانس نبودن یا متعادل نبودن فازها ناشی می شود. به عنوان مثال اگر تلرانس مقاومت سیم پیچهای یک موتور در محدوده ±10 درصد باشد و اگر توان نامی هر فاز موتور 10W باشد با آن تلرانس یک فاز میتواند 9.2W و دیگری 10.6W ایجاد کند. این تفاوت بین فازها باعث می شود روتور تمایل داشته باشد روبروی یک فاز قرار بگیرد تا فاز دیگر.

خطای مکانیکی خود تحت تأثیر پارامترهای متعددی است که مهمترین آنها ساختار دندانه هاست. اگرچه فرض بر این است که یک دندانه موتور کاملاً مربعی باشد ولی در عمل عمر قالب و فرایند تولید باعث می شود تا تعدادی از دندانه ها یا بخشی از آنها گرد ساخته شوند. موقعی که دندانه گرد باشد شار مغناطیسی به جای اینکه مستقیم حرکت کند به اطراف منحرف می شود. این مورد و مواردی از این دست در دقت موتور تأثیر گذار هستند.

با  استفاده از درایو با گام کامل یک موتور 2 فاز با هر 4 پله به حالت (state) قبلی خود باز می گردد در حالیکه وضعیت موتور 5 فاز هر 10 پله تکرار می شود. هر خطای الکتریکی که ناشی از عدم توازن فازها باشد در موتور 2 فاز در هر 4 پله و در موتور 5 فاز در هر 10 پله خنثی می شود و تنها خطای مکانیکی باقی می ماند.

موقعی که موتور یک دور کامل بزند همان دندانه ها دوباره در موقعیت اولیه قرار گرفته و خطای مکانیکی از بین می رود. از آنجا موتور 2 فاز 200 پله در هر دور دارد در هر 200 پله تقریباً کامل و دقیق خواهد بود. برای موتور 5 فاز این عدد 500 پله است.

سنکرون بودن (Synchronism)

از آنجا که موتور 5 فاز تنها 0.72 درجه در هر پله حرکت می کند از دست دادن یک پله به خاطر overshooting/undershooting غیر ممکن است. اگر در حال حرکت دقیقاً دو دندانه مورد نظر از روتور و استاتور روبروی هم قرار نگیرند می گوییم موتور سنکرون بودن خود را از دست داده یا یک پله را گم کرده است.

چه عاملی باعث می شود تا دندانه ها روبروی هم قرار نگیرند؟ برای اینکه دندانه روتور در محل مطلوب قرار نگرفته باشد باید یک دندانه دیگر در موقعیت مناسبی قرار گرفته باشد. برای اینکه این اتفاق بیفتد باید روتور بیشتر حرکت کرده باشد (فرارفت، فراجهش، overshoot) یا به اندازه کافی حرکت نکرده و به موقعیت نرسیده باشد (undershoot) و این مقدار بیشتر از 3.6 درجه باشد. چرا 3.6 درجه؟ زیرا دندانه های روتور با نیروی مغناطیسی جذب می شوند. دندانه مد نظر روتور باید بیشتر از نصف فاصله بین دندانه های استاتور حرکت کرده باشد تا بتواند جذب شده و روبروی آن قرار بگیرد (از تقسیم شدن بر2 فاصله 7.2 درجه عدد 3.6 درجه به دست می آید). بنابراین موقعی که روتور بیشتر از 3.6 درجه حرکت میکند (overshoot) دندانه بعدی در موقعیت خود قرار خواهد گرفت و باعث از دست رفتن یک پله می شود. کمتر حرکت کردن هم نتیجه مشابهی خواهد داشت.

 Overshoot و Undershoot در موتور پله ای

نحوه درایو

شکل زیر نحوه درایو موتور دو فاز با حرکت 1.8 درجه بر پله (گام کامل) را نشان می دهد.

 مراحل درایو موتور پله ای دو فاز در مود گام کامل

شکل زیر هم نحوه تحریک موتور 5 فاز با حرکت (0.72 درجه بر پله) با تحریک 4 فاز پنتاگون (Pentagon 4-phase Excitation) که مختص موتورهای 5 فاز است را نشان می دهد.

 مراحل درایو موتور پله ای پنج فاز در مود گام کامل

شرکت هیدرو صنعت شریف از موتورهای پله ای برای ساخت پایه​ های دوربین یا پن – تیلت های سری ارزان قیمت خود استفاده می کند. این پن – تیلت ها براساس سفارش مشتری و کاملا بر اساس نیاز طراحی و ساخته می​ شوند. همچنین برای پایه​ های دوربین یا وسایل دیگری که نیازمند تحویل شرایط سخت تر محیطی هستند ما راه حلهایی داریم. مشخصات فنی خود را برای ما ارسال کنید. کارشناسان ما آماده پاسخگویی به شما هستند.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *