מנועי צעד - Stepping Motors

2016-01-03 18:59

מנועי צעד (Stepping motor)

בפרקים הקודמים למדנו כיצד אנו שולטים על מהירות המנוע.
בהרבה מקרים השליטה על המהירות אינה מספיקה לנו. עלינו לדעת בדיוק את מספר הסיבובים שציר המנוע עשה, או בצורה אחרת, עלינו לאפשר מספר מוגדר של סיבובי ציר המנוע.

מספר דוגמאות למקרים כאלה:
לצורך עבוד חלק מסוים במכונות עבוד אוטומטיות אנו דופנים את החלק למכונה וקובעים נקודת ייחוס. נניח שלצורך העיבוד עלינו לזוז מנקודה זו מרחק מוגדר (לדוגמא לנוע מרחק של 1250 אלפיות המילימטר מנקודת הייחוס). אם נתון שמערכת התמסורת, המחוברת למנוע  המזיז את שולחן העבודה, מזיזה אותו מרחק של אלפית מילימטר לכל סיבוב מלא של ציר המנוע. ברור לכן שעל ציר המנוע להסתובב בדיוק 1250 סיבובים.

דוגמא נוספת:
דיסקט (או דיסק) של מחשב מחולק ל TRACKS  . אלה למעשה מסלולים מעגליים מרכזיים שלכל אחד ישנה כתובת ובכל TRACK כזה אגור מידע. ב TRACK מוגדר יושבת טבלה     (FAT) שהיא בעצם "תוכן עניינים". בטבלה זו רשום באיזה מקום רשום איזו מידע.
 כשאנו מבקשים להעלות קובץ כל שהוא, הראש קורא / כותב ניגש תחילה לטבלה קורא משם את כתובת המידע הדרוש. מכאן עליו לגשת לכתובת המתאימה ולקרוא את המידע. כל פעולות אילו דורשות מהראש לנוע לנקודות מוגדרות. פעם אחת לקריאת הטבלה ופעם שניה לכתובת המתאימה. שוב סוג הפקודות שניתן למנוע המזיז את הראש תהינה מסוג: "תסתובב כך וכך סיבובים אחורה" כדי להגיע לטבלה. פקודה שניה תהיה "תסתובב קדימה כך וכך סיבובים" כדי להגיע לכתובת המתאימה.

מבנה של כונן :

                 

דוגמא נוספת:
נניח שעל הזרוע של רובוט לנוע מרחק מסוים מנקודת הייחוס ולקחת חלק ממשטח עבודה. את החלק הזרוע צריכה להרים לגובה מסוים, להזיזו אופקית למרחק כל שהוא ולהורידו לסרט נע. ביצוע כל הפעולות המתוארות דורשות שציר המוצא של כל אחד מהמנועים המניעים את הרובוט יסתובב מספר סיבובים מוגדר. הפקודות למנועים תהינה מסוג "תסתובב כך וכך סיבובים בכיוון מסוים"
דוגמאות אלו ממחישות את הצורך במערכת המאפשרת תנועה מבוקרת של המנוע ובספירת מספר הסיבובים שציר המנוע מבצע.

תאור כללי
מנועי צעד הם מנועים סינכרוניים קטנים הבנויים מסטטור בעל מספר קטבים מסוים (m), ורוטור שצורתו תלויה בסוג המנוע.
סוגי המנועים הנפוצים הם:
1-    מנוע בעל קטבים בולטים (RELUCTANCE MOTOR).
2-    מנוע היברידי שבו הרוטור בצורת גלגל שיניים וממוגנט כמגנט קבוע.
3-    מנוע עם רוטור דיסקית או רוטור שטוח המאפשר בניית מנועים קטנים במיוחד.
4-    מנוע בעל רוטור גלילי המהווה מגנט קבוע.

מבנה המנוע
לדוגמא נראה מבנה מנוע בעל קטבים בולטים.
הסטטור (החלק הקבוע שאינו מסתובב) בנוי מ m קטבים שעליהם מלופפים סלילים. כאשר זורם בסלילים אלו זרם חשמלי נוצר סביבם שדה אלקטרו-מגטי.
רוטור (החלק המסתובב אליו מחובר ציר המנוע) הבנוי כגוף עם n קטבים בולטים מברזל רך בצורת כוכב.
בדרך כלל, מספר הקטבים של הרוטור n קטן ממספר הקטבים של הסטטור m. מספר המצבים היציבים של המנוע הוא m*n . במקרה המתואר באיור הבא פסיעה תהיה   .

                   

עיקרון פעולה
בשרטוט הבא מתוארים בצורה סכמתית שלשוה צעדים של מנוע שלו סטטור בעל שמונה קטבים m ורוטור בעל שני קטבים ולכן כל פסיעה היא .

 

 

כאשר מספקים לאחד מסלילי הסטטור זרם נוצר סביב שדה מגנטי הגורם לרוטור להסתובב כך שהציר המגנטי של הרוטור מתלכד עם הציר המגנטי של הסטטור.
במצב “a" (השמאלי ביותר) מוזן סליל מספר (1) של הסטטור, יתר הסלילים לא מוזנים. נוצר ווקטור מגנט הגורם לרוטור להתייצב במצב שבו קווי הכוח המגנטיים מסליל מספר (1) מתלכדים עם הרוטור בדרך הקצרה ביותר.
במצב b (האמצעי) מוזנים שני סלילים של הסטטור. נוצר שדה מגנטי שכיוונו באמצע בין שני הסלילים המוזנים. הרוטור מסתובב ונעמד בין שני הסלילים תוך שהוא מבצע סיבוב של 22.5 מעלות. שים לב – היות ומוזנים שני סלילים, נוצר שדה מגנטי חזק יותר מאשר בהזנת סליל יחיד. לכן משתמשים בשיטת הזנה זו לקבלת מומנטים גדולים יותר הזמן התנעה או בלימה.
במצב ""c (הימני ביותר) מוזנים שלושה סלילים. הרוטור מתלכד עם השטף השקול העובר דרך סליל מספר 2. גם במקרה זה השדה המגנטי הוא חזק יותר מאשר אם היה מוזרם זרם בסליל מספר שתיים בלבד.

סיכום
מנוע צעד מאופיין בתכונות הבאות:
•    המנוע בנוי כך שמיד שעם הפעלתו הוא מופעל בכוח (מומנט) מלא, בניגוד למנוע זרם ישר רגיל שצריך להגיע למהירות הפעולה כדי שיוכל לייצר מומנט מרבי.
•    מנוע זרם ישר רגיל ניתן להפעיל ולהפסיק באמצעים פשוטים דוגמת מפסק טרנזיסטור או ממסר. מנוע צעד צריך מערכת הפעלה מורכבת יותר אשר שולחת זרמי הפעלה מתאימים לסלילי הסטטור בהתאם לכיוון והמהירות הנדרשים.
•    מערכת הבקרה של מנוע צעד מורכבת יותר היות ועליה "לזכור" היכן נמצא המנוע (מבחינת סיבובים מנקודת ייחוס מוגדרת. כלומר, עליה לזכור מספר הסיבובים קדימה ומספר הסיבובים אחורה ולחשב את המקום הנוכחי ).
•    לרוב מערכת הבקרה קשורה למחשב. עליה לכלול את מרכיבי תקשורת מחשבים הדרושה . תקשורת המחשב מבוצעת  לרוב  דרך ממשק RS232 המאפשר חיבור של מספר מנועים למחשב יחיד דרך כרטיס הבקרה.
•    במידה וכרטיס הבקרה לא קשור למחשב עלינו לקבוע אמצעי בקרה נוסף שיפקח על הכרטיס.


לפניכם מערכת עקרונית של מערכת הפעלה:

 
 
 

 

 

 דוגמא למנוע צעד:

                             

 

בתמונה רואים שני סוגים של מנועים. גדול וקטן. בגרפים ובטבלה שמצד שמאל רואים נתונים שונים של המנועים. המנועים הם מנועי צעד המזיזים בעזרת תמסורת חלזונית את הציר קדימה ואחורה, כפי שקורה בכונן דיסקטים במחשב.
 
בתמונה הבאה אנו רואים שרטוט עקרוני של כרטיס הבקרה:
 

      

בטבלה הבאה אנו רואים את נתוני כרטיס הבקרה.

 


הנתונים החשובים:
•    מתחי הספקה:  לבקרה חמישה וולט. למנוע מתח מריבי של ארבעים וולט.
•    מתח פיקוד בן חמישה וולט לחמישה עשר וולט.
•    זרם פיקוד עשרה מיליאמפר.
•    זרם מנוע מרבי חמש מאות מיליאמפר.
•    תדר האותות המסופקים למנוע מזערי שישים ושלוש מרבי שישים אלף.
•    נתוני תקשורת מחשב הדרושים.
 
דוגמא נוספת לכרטיס בקרה שאינו כולל קשר עם מחשב אך כמובן ניתן לשליטה:
בצד שמאל ניתן לראות שרטוט עקרוני של הכרטיס. 
  


להלן טבלת נתונים חלקית של בקר זה:

ניתוח הנתונים:
•    מתח וזרם הדרושים לכרטיס הבקרה.
•    מתח וזרם המנוע הנשלט.
•    מתח וזרם שניתן לקבל מהכרטיס (להפעלת מעגל עזר).
•    תדר האותות המרבי  שניתן לקבל מהכרטיס ורוחב מינימלי של כל פולס.
•    אמצעי שליטה על הכרטיס.
 
דוגמא שלישית לבקר לא ממוחשב:

        

להלן נתוני הכרטיס:

          

 

 

קודם

חפש באתר

רחוב הרצל 75 בפסאז', רמת גן. טלפון: 03-6722003 , פקס: 03-6722077

Powered by Webnode

מגנטים לתעשיה | מגנטים ניאודימיום |מנועים קטנים |מנועי צעד |סולנואידים |מנוע זרם ישר |