ما هو محرك السائر وكيف يعمل

من مشغل DVD أو طابعة بسيطة في منزلك إلى آلة CNC متطورة للغاية أو Robotic Arm ، يمكن العثور على محركات Stepper في كل مكان تقريبًا. إن قدرتها على إجراء حركات دقيقة يتم التحكم فيها إلكترونيًا جعلت هذه المحركات تجد تطبيقًا في العديد من السلالات مثل كاميرات المراقبة والقرص الصلب وآلات CNC والطابعات ثلاثية الأبعاد والروبوتات وروبوتات التجميع وقواطع الليزر وغير ذلك الكثير. في هذه المقالة ، دعونا نتعرف على ما الذي يجعل هذه المحركات خاصة والنظرية الكامنة وراءها. سوف نتعلم كيفية استخدام واحد لك التطبيق.

مقدمة إلى Stepper Motors

مثل جميع المحركات ، تحتوي محركات السائر أيضًا على الجزء الثابت والدوار ، ولكن على عكس محرك التيار المستمر العادي ، يتكون الجزء الثابت من مجموعات فردية من الملفات. سيختلف عدد الملفات بناءً على نوع محرك السائر ، ولكن في الوقت الحالي افهم فقط أنه في المحرك السائر ، يتكون الجزء المتحرك من أعمدة معدنية وسيتم جذب كل عمود بواسطة مجموعة من الملفات الموجودة في الجزء الثابت. يُظهر الرسم البياني أدناه محركًا متدرجًا به 8 أقطاب للجزء الثابت و 6 أقطاب دوار.

إذا ألقيت نظرة على الملفات الموجودة على الجزء الثابت ، فسيتم ترتيبها من حيث أزواج الملفات ، مثل A و A "يشكلان زوجًا B و B" يشكلان زوجًا وهكذا. لذا فإن كل زوج من هذا الملف يشكل مغناطيسًا كهربائيًا ويمكن تنشيطه بشكل فردي باستخدام دائرة السائق. عندما يتم تنشيط الملف ، فإنه يعمل كمغناطيس ويتم محاذاة قطب الدوار معه ، عندما يدور الدوار لضبط نفسه ليتماشى مع الجزء الثابت ، يُطلق عليه كخطوة واحدة. وبالمثل ، من خلال تنشيط الملفات في تسلسل ، يمكننا تدوير المحرك في خطوات صغيرة لعمل دوران كامل.

أنواع المحركات السائر

هناك ثلاثة أنواع أساسية من محركات السائر تعتمد على البناء ، وهي:

• محرك متدرج ذو ممانعة متغيرة: له قلب دوار من الحديد ينجذب نحو أقطاب الجزء الثابت ويوفر الحركة بأقل قدر من التردد بين الجزء الثابت والدوار.
• محرك متدرج ذو مغناطيس دائم: لديهم دوار مغناطيسي دائم ويتم صدهم أو جذبهم نحو الجزء الثابت وفقًا للنبضات المطبقة.
• محرك متدرج متزامن هجين: مزيج من الممانعة المتغيرة ومحرك السائر ذو المغناطيس الدائم.

بصرف النظر عن هذا ، يمكننا أيضًا تصنيف محركات السائر على أنها أحادية القطب وثنائية القطب بناءً على نوع لف الجزء الثابت.

• محرك متدرج ثنائي القطب: لن تحتوي ملفات الجزء الثابت على هذا النوع من المحركات على سلك مشترك. إن قيادة هذا النوع من المحركات السائر مختلفة ومعقدة وأيضًا لا يمكن تصميم دائرة القيادة بسهولة بدون متحكم دقيق.
• محرك متدرج أحادي القطب: في هذا النوع من المحركات السائر ، يمكننا أن نأخذ مركز التنصت على كل من لفات الطور للحصول على أرضية مشتركة أو لقوة مشتركة كما هو موضح أدناه. هذا يجعل من السهل قيادة المحركات ، وهناك العديد من الأنواع في محرك السائر أحادي القطب أيضًا

حسنًا ، على عكس محرك التيار المستمر العادي ، يحتوي هذا المحرك على خمسة أسلاك من جميع الألوان الرائعة تخرج منه ولماذا يكون الأمر كذلك؟ لفهم هذا ، يجب أن نعرف أولاً كيف السائر الذي ناقشناه بالفعل. بادئ ذي بدء ، لا تدور محركات السائر ، فهي تتقدم وهكذا تُعرف أيضًا باسم المحركات الخطوة. بمعنى أنهم سيتحركون خطوة واحدة فقط في كل مرة. تحتوي هذه المحركات على سلسلة من الملفات الموجودة فيها ويجب تنشيط هذه الملفات بطريقة معينة لجعل المحرك يدور. عندما يتم تنشيط كل ملف ، يتخذ المحرك خطوة وسيؤدي تسلسل التنشيط إلى جعل المحرك يتخذ خطوات مستمرة ، مما يجعله يدور. دعونا نلقي نظرة على الملفات الموجودة داخل المحرك لنعرف بالضبط من أين تأتي هذه الأسلاك.

كما ترى ، يحتوي المحرك على ترتيب لفائف أحادي القطب مكون من 5 وصلات. هناك أربعة ملفات يجب تنشيطها في تسلسل معين. سيتم تزويد الأسلاك الحمراء بـ + 5 فولت وسيتم سحب الأسلاك الأربعة المتبقية إلى الأرض لتشغيل الملف المعني. نحن نستخدم أي متحكم دقيق لتنشيط هذه الملفات في تسلسل معين وجعل المحرك يؤدي العدد المطلوب من الخطوات. مرة أخرى ، هناك العديد من التسلسلات التي يمكنك استخدامها ، وعادة ما يتم استخدام 4 خطوات ولتحكم أكثر دقة ، يمكن أيضًا استخدام عنصر تحكم من 8 خطوات . جدول التسلسل للتحكم المكون من 4 خطوات موضح أدناه.

خطوة	تنشيط الملف
الخطوة 1	أ و ب
الخطوة 2	ب و ج
الخطوه 3	C و D
الخطوة 4	د و أ

الآن ، لماذا يسمى هذا المحرك 28-BYJ48 ؟ بجدية!!! لا أدري، لا أعرف. لا يوجد سبب تقني لهذا المحرك لتسمية ذلك ؛ ربما لا ينبغي لنا أن نتعمق أكثر في ذلك. دعونا نلقي نظرة على بعض البيانات الفنية الهامة التي تم الحصول عليها من ورقة البيانات لهذا المحرك في الصورة أدناه.

هذا رأس مليء بالمعلومات ، لكننا نحتاج إلى إلقاء نظرة على القليل منها لمعرفة نوع السائر الذي نستخدمه حتى نتمكن من برمجته بكفاءة. نعلم أولاً أنه محرك متدرج بجهد 5 فولت لأننا نقوم بتنشيط السلك الأحمر بجهد 5 فولت. بعد ذلك ، نعلم أيضًا أنه محرك متدرج رباعي الطور لأنه يحتوي على أربعة ملفات. الآن ، نسبة التروس هي 1:64. هذا يعني أن العمود الذي تراه بالخارج سوف يقوم بدوران كامل فقط إذا كان المحرك بداخله يدور 64 مرة. هذا بسبب التروس المتصلة بين المحرك وعمود الخرج ، تساعد هذه التروس في زيادة عزم الدوران.

من البيانات المهمة الأخرى التي يجب ملاحظتها هي زاوية Stride: 5.625 ° / 64. هذا يعني أن المحرك عندما يعمل في تسلسل من 8 خطوات سيتحرك 5.625 درجة لكل خطوة وسيستغرق 64 خطوة (5.625 * 64 = 360) لإكمال دورة كاملة واحدة.

حساب الخطوات لكل ثورة لمحرك متدرج

من المهم معرفة كيفية حساب الخطوات لكل ثورة لمحرك السائر الخاص بك لأنه عندها فقط يمكنك برمجته / تشغيله بفعالية.

لنفترض أننا سنشغل المحرك في تسلسل من 4 خطوات ، لذا ستكون زاوية الخطوة 11.25 درجة نظرًا لأنها 5.625 درجة (معطاة في ورقة البيانات) لتسلسل 8 خطوات ، ستكون 11.25 درجة (5.625 * 2 = 11.25).

خطوات لكل ثورة = 360 / زاوية خطوة هنا ، 360 / 11.25 = 32 خطوة لكل دورة.

لماذا نحتاج إلى وحدات سائق لـ Stepper Motors؟

ستعمل معظم محركات السائر فقط بمساعدة وحدة السائق. هذا لأن وحدة التحكم (متحكم دقيق / دائرة رقمية) لن تكون قادرة على توفير تيار كافٍ من دبابيس الإدخال / الإخراج الخاصة بها لتشغيل المحرك. لذلك سوف نستخدم وحدة خارجية مثل وحدة ULN2003 كسائق محرك متدرج. هناك العديد من أنواع وحدات التشغيل وسيتغير تصنيفها بناءً على نوع المحرك المستخدم. سيكون المبدأ الأساسي لجميع وحدات المحرك هو مصدر / غرق تيار كافٍ لتشغيل المحرك. بصرف النظر عن ذلك ، هناك أيضًا وحدات برامج تشغيل تمت برمجتها مسبقًا بالمنطق ، لكننا لن نناقشها هنا.

إذا كنت مهتمًا بمعرفة كيفية تدوير محرك متدرج باستخدام بعض وحدات التحكم الدقيقة ومحرك IC ، فقد قمنا بتغطية العديد من المقالات حول تشغيله باستخدام وحدات تحكم دقيقة مختلفة:

• ربط محرك متدرج مع Arduino Uno
• ربط محرك متدرج مع STM32F103C8
• ربط محرك متدرج مع متحكم PIC
• ربط محرك متدرج مع MSP430G2
• محرك متدرج يتفاعل مع متحكم 8051
• تحكم في محرك متدرج مع Raspberry Pi

الآن أعتقد أن لديك معلومات كافية للتحكم في أي محرك متدرج تحتاجه لمشروعك. دعونا نلقي نظرة على مزايا وعيوب المحركات السائر.

مزايا المحركات السائر

تتمثل إحدى الميزات الرئيسية للمحرك المتدرج في أنه يتمتع بتحكم ممتاز في الموقع وبالتالي يمكن استخدامه لتطبيق تحكم دقيق. كما أن لديها عزم دوران جيد للغاية مما يجعلها خيارًا مثاليًا للتطبيقات الروبوتية. تعتبر المحركات السائر أيضًا ذات عمر افتراضي طويل مقارنة بمحرك DC العادي أو محرك سيرفو.

عيوب Stepper Motors

مثل جميع المحركات ، تأتي Stepper Motors أيضًا مع عيوبها ، نظرًا لأنها تدور من خلال اتخاذ خطوات صغيرة لا يمكنها تحقيق سرعات عالية. كما أنه يستهلك الطاقة للاحتفاظ بعزم الدوران حتى عندما يكون مثاليًا وبالتالي يزيد من استهلاك الطاقة.