مقایسه موتور استپر ۲ فاز و ۵ فاز

مقایسه موتور استپر ۲ فاز و ۵ فاز

در این مقاله آموزشی، قصد داریم دو موتور استپر پرکاربرد ۲ فاز و ۵ فاز را با یکدیگر مقایسه کنیم. این گزارش بر اساس  تجربه ما با کار کردن با این دو موتور و همچنین مقالات ارائه شده در این مورد جمع آوری شده است. بدین منظور شرکت ربات سازان مقایسه کاملی بین این دو موتور انجام داده تا بحث درباره این موضوع بسیار مهم را  تکمیل کند. این راهنما تفاوت­ های اساسی بین این دو موتور که بر روی عملکردشان تاثیر گذار است را به طور کامل پوشش می دهد. تفاوت هایی همچون رزولوشن، ارتعاشات، گشتاور و دقت.

چه تفاوت­هایی بین ۲ فاز و ۵ فاز وجود دارد؟

دو تفاوت اصلی بین موتور دوفاز و پنج فاز وجود دارد. اولین تفاوت مکانیکی است. یک موتور استپر اساسا شامل دو قسمت استاتور و روتور است. در موتور ۲ فاز، استاتور از هشت قطب مغناطیسی با دندانه های کوچک ساخته شده است. در صورتی که استاتور موتورهای پنج فاز از ۱۰ قطب مغناطیسی تشکیل شده است. قطب ها در استاتور یک سیم پیچ می­باشد.

تفاوت دوم بین موتور دو فاز و پنج فاز، تعداد فازهای آن می­باشد. یک موتور دو فاز دارای دو فاز ( فاز A و فاز B) است. در حالیکه موتور پنج فاز شامل پنج فاز است. ضرورتا، تعداد فاز بیانگر تعداد متفاوت ترکیب قطب ها می باشد که به طور متوالی انرژی دار می­شوند تا روتور دوران کند. فاکتورهایی وجود دارند که بر روی عملکرد موتور استپر تاثیر گذار می باشند. بعلاوه برای راه اندازی موتورهای استپر تعدادی راه وجود دارد. راه اندازی موجی، راه اندازی کامل، راه اندازی نیم پله و راه اندازی زیر پله عمومی ترین راه ها برای راه اندازی این موتورها هستند.

2-v-5-phase-cutaway

 رزولوشن

از نظر ساختاری، موتور دو فاز و پنج فاز با یکدیگر تفاوتی ندارند. روتور در هر دوی آن­ها دارای ۵۰ دندانه است. تفاوت در اینجاست که موتور ۵ فاز دارای ۱۰ قطب است ( برای هر فاز ۲ تا)، در نتیجه تنها ۱/۱۰ گام دندانه ها روتور حرکت می­کند. در صورتی که در موتور دو فاز، ۱/۴ گام دندانه حرکت می کند (هشت قطب، چهار فاز).

این باعث می شود که موتور استپر بعد از ۲۰۰ گام، یک دور کامل دوران کند (۱٫۸ درجه برای هر گام). در صورتی که در موتور پنج فاز نیاز به ۵۰۰ گام است ( ۰٫۷۲ درجه برای هر گام). این دقت بیشتر از ذات طراحی موتورهای پنج فاز است. زمانی که موتور های پنج فاز به صورت میکرو استپ درایو می­شوند، می­توانیم به گامهایی در حدود ۰٫۰۰۲۸۸ درجه است. دقت مکانیکی موتورهای پنج فاز و دو فاز در حدود ۰٫۰۵ درجه است.

 

ارتعاش

به علت کوچکتر بودن زاویه دوران موتور ۵ فاز، ۰٫۷۲ درجه در هر گام، نسبت به زاویه دوران دوفاز، ۱٫۸ درجه در هر گام، ارتعاش در موتور ۵ فاز به مراتب کمتر از موتور دو فاز است. شکل زیر ارتعاش ناشی از یک موتور استپر دوفاز و پنج فاز را مقایسه کرده است. همانطور که مشاهده می کنید ارتعاش در پنج فاز بسیار کمتر است.

vibration

گشتاور

اگر چه تفاوت چندانی بین گشتاروهای خروجی موتور دو فاز و سه فاز وجود ندارد، اما موتور پنج فاز دارای گشتاور قابل استفاده بیشتری است. با راه اندازی نیم پله و راه اندازی میکرو استپ موتورهای ۵ فاز، گتاور به میزان ۱۰ درصد افزایش می یابد. علت آن را می­توان در آن دانست که فازهای بیشتری انرژی دار می­شوند.اما گشتاور به میزان ۴۰ درصد در موتورهای دو فاز زمانیکه نیم پله یا به صورت میکو استپ درایو می­شوند، از دست می دهند. با آنکه راههایی برای جبران این کاهش وجود دارد.

زمانی که استاتور انرژی دار میشود، یک مغناطیس الکتریکی به وجود می آید که موجب ایجاد شار مغناطییسی در روتور می شود. این شار مغناطیسی به دو بردار تصویر (بردار عمودی و مماسی) می شود. گشتاور زمانی به وجود می آید که مولفه مماسی حضور داشته باشد. وجود شار مغناطیسی در شکل نشان داده شده است.

tooth-displacement

در شکل ۱، دندانه روتور مستقیما در مقابل دندانه روتور قرار دارد و شار تنها مولفه عمودی دارد. بنابراین گشتاوری تولید نمی شود. با جابه جا شدن دندانه روتور از دندانه استاتور در شکل های ۲، ۳ و ۴ موتور تولید گشتاور می کند. این گشتاور منفی است. زیرا گشتاور سعی می کند که دندانه ها را به موقعیت پایدار خود بکشد. در شکل ۵، شار به طور کاملا مساوی بین داندانه استاتور ایجاد می شود و گشتاور تولیدی صفر خواهد شد. در شکل های ۶، ۷ و ۸ گشتاور تولیدی مثبت است. زیرا دندانه روتور به سمت دندانه بعدی استاتور سوق داده می شود. سرانجام، دوباره دندانه روتور در راستای دندانه استاتور قرار می گیرد (شکل ۱).

torque-displacement

همانطور که در شکل مشاهده می کنید هر فاز موتور گشتاور سینوسی شکلی را ایجاد می کند. اختلاف بین قله و دره را گشتاور ناهموار یا همان ریپل گشتاوری می نامند. به علت آنکه فازهای بیشتری در موتور ۵ فاز برای تولید گشتاور مشارکت می کنند، بنابراین ریپل گشتاور در این موتورها از موتورهای دوفاز کمتر است. اختلاف بین قله و دره در موتورهای دوفاز در حدود ۲۹% ، در صورتی که در موتورهای ۵ فاز در حدود ۵% می باشد. از آنجایی که این ریپل تاثیر مستقیمی بر روی ارتعاش دارد، بنابراین موتورهای ۵ فاز نرم تر و آرام تر کار می کنند.

2-ph-torque-displacement 5-ph-torque-displacement

دقت/ تکرار پذیری

دقت دارای دو مولفه مکانیکی و الکتریکی است. خطای الکتریکی زمانی رخ می دهد که فازها از حالت بالانس خود خارج شوند. برای مثال، مقاومت سیم پیچ در حدود ±۱۰% است.در این صورت ممکن است موتوری که دارای توان ۱۰W است، توان یکی از فازها ۹٫۲W  و توان دیگری در حدود ۱۰٫۶W باشد. این اختلاف باعث می شود که روتور بیشتر به سمت یک فار تمایل داشته باشد.

درباره خطای مکانیکی مولفه های زیادی می توان وجود داشته باشد. برای مثال می توان به شکل دندانه ها اشاره کرد. اگر چه شکل یک دندانه در موتور بایستی مربعی شکل باشد، در طول زمان ممکن است که سر دندانه ها به سمت گردی پیش بروند. این باعث می شود که شار به صورت مستقیم انتقال داده شود، به علت گردی شدن دندانه این اتفاق نیافتد. این فاکتورها بر دقت موتور تاثیر بسزایی دارند.

در حالت راه اندازی کامل، موتور دوفاز در هر چهار گام، وضعیتش تکرار می شود، اما در موتور ۵ فاز در هر ۱۰ گام این اتفاق رخ می دهد. هر خطای الکتریکی ناشی از نابالانسی در هر چهار گام برای موتور دوفاز و هر ۱۰ گام برای موتور ۵ فاز خنثی می شود. اما خطای مکانیکی همچنان باقی می ماند. بنابراین خطای مکانیکی از اهمیت بیشتری برخوردار است.

accuracy

روش های راه اندازی

چندین روش برای راه اندازی هر دو موتور دو فاز و پنج فاز وجود دارد. در این جا به صورت خلاصه با مفهوم راه اندازی کامل و میکرو استپ آشنا خواهد شد.

راه اندازی کامل موتور ۲ فاز

در راه اندازی کامل این موتور هر دو فاز A و B انرژی دار می شوند و بین مثبت و منفی سوییچ می کنند تا دوران رخ دهد.

5-ph-fullstep

راه اندازی کامل موتور ۵ فاز

در اینجا  چهار  فاز با یک ترتیب خاص که در شکل زیر مشاهده می کنید، انرژی دار می شوند.

 

میکرو استپ

به طور کلی نکته این راه اندازی بر این اساس است که زاویه گام رو با کم کردن جریان در یک فاز و افزایش جریان در فاز بعدی را کوچک می کند. این باعث می شود که موتور در گام های کوچکتری دوران کند.

شکل زیر اساس میکرو استپ را نمایش می دهد.

شکل ۱- فاز A دارای ۱۰۰% جریان است و روتور روبروی این فاز قرار می گیرد.

شکل۲- جریان در فاز A تا ۷۵% کاهش می یابد، و جریان در B تا ۲۵% افزایش می یابد.

شکل۳- جریان در هر دو فاز A و B ، ۵۰% است. بنابراین روتور در وسط دو فاز قرار می گیرد.

شکل ۴- فاز A در حدود ۲۵% و جریان در فاز B در حدود ۷۵% است. بنابراین روتور به فاز B نزدیکتر می شود.

شکل۵- فاز A خاموش شده و فاز B دارای ۱۰۰% جریان است. بنابراین روتور دقیقا رویروی فاز B  قرار می گیرد.  ب

به خاطر داشته باشید با راه اندازی میکرواستپ، نه تنها دقت افزایش می یاید، بلکه عمکرد موتور نیز نرم تر شده و ارتعاشات ناشی از دوران موتور کاهش می یابد.

microstepping_diagram

نتیجه

بسته به کاربردی شما در نظر دارید، موتور ۲ فاز ممکن است کافی باشد. اما موتور ۵ فاز نسبت به موتور دوفاز دارای دقت بالاتر، ارتعاش کمتر، شتاب بیشتر و نرخ کاهش سرعت بیشتر ( به علت زاویه گام کمتر) است. برای کاربردهایی که نیاز به دقت بالاتر و تولید صدا و نویز کمتر است، ما موتورهای ۵ فاز را پیشنهاد می کنیم.

شاید این مطالب را هم دوست داشته باشید

2 پاسخ

  1. حمید می‌گه:

    با سلام، برای یک استپ موتور دو فاز تک قطبی که ۵ سیم دارد و با ۶٫۵ ولت کار می کند و ۱٫۳ آمپر جریان می خواهد. چه درایوری پیشنهاد می کنید. ممنون

پاسخ دهید

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


CLOSE
CLOSE