۳-۲ آشنایی با چند نوع موتور الکتریکی و روش های راه اندازی آنها

موتور های الکتریکی انواع و اقسام متفاوتی دارند و در تمام صنایع و وسایل روزمره ی زندگی انسان ها به یکی از ضروری ترین نیاز ها تبدیل شده اند. موتور های الکتریکی به دلیل را اندازی آسان تر نسبت به سایر موتور های دیگر و قابلیت های بالاتر کنترلی در وسایل با دقت بالا بیشترین استفاده را نسبت به سایر موتور ها دارند. اما با توجه به تنوع در نوع این موتور ها روش های کنترلی برای این موتور ها نیز بسیار متنوع است.

میکروکنترلر ها یکی از رایج ترین قطعات الکترونیکی ای هستند که مهندسان به وسیله ی آنها موتور های الکتریکی را کنترل می کنند. اما از آنجایی که یک موتور الکتریکی بعضا به جریان و ولتاژ به مراتب بالاتری نسبت به آنچه که در توان میکرو کنترلر است نیاز دارد، میکروکنترلر ها خود به تنهایی برای کنترل یک موتور الکتریکی به کار نمی روند، بلکه همراه با یک قطعه ی الکترونیکی دیگر که به آن در اصطلاح راه انداز (Driver) می گویند، برای کنترل موتور به کار گرفته می شوند.

درایور ها نیز باز هم انواع و اقسام متفاوتی دارند و بسته به توانی که ما نیاز داریم نوع آنها نیز متفاوت می شود.اما چند نوع درایور که از معروف ترین و پرکاربرد ترین نوع درایور های موتور های الکتریکی هستند در زیر معرفی و راه اندازی خواهند شد.اما قبل از راه اندازی این موتورها کمی راجع به سه نوع موتور الکتریکی خاص صحبت کرده و سپس کار راه اندازی را شروع می کنیم.

موتور های DC :

موتور های DC به موتور هایی گفته می شود که با جریان مستقیم(Direct Current) کار می کنند.این نوع از موتور ها از پرکاربرد ترین نوع در بین سایر موتور های الکتریکی هستند.موتور های DC خود نیز دارای انواع متفاوتی هستند که در این جا در بحث ما نیست.

در شکل زیر یک نوع موتور DC می بینید.

شکل 6 : نمایی از یک موتور DC

شکل ۶ : نمایی از یک موتور DC

همواره در موتور های DC این مساله جالب بوده است که این موتور ها در عین حال که از نظر راه اندازی بسیار ساده بوده و تنها کافی است یک ولتاژ با جریان مناسب در دو سر این نوع موتور ها فراهم کنیم تا به چرخش خود شروع کنند ولی مسائل کنترلی در مورد این موتور ها همواره از چالش های الکترونیک بوده است. چرا که این موتور ها به تنهایی و بدون استفاده از هیچ وسیله ی خارجی ایی از قابلیت های کنترلی ایده آلی برخوردار نیستند.

منظور از جمله ی بالا این است که اگر شما نیاز داشته باشید که موتور DC شما مثلا ۱۰ درجه با سرعت مشخصی بچرخد چیزی نیست که از عهده ی موتور به تنهایی و بدون استفاده از کنترل کننده های خارجی امکان پذیر باشد. حال برای اینکه یک موتور DC را بتوانیم با یک میکروکنترلر راه اندازی کنیم، نیاز به درایورهایی مثل L298 یا L293 یا BA6219 و … داریم.

هریک از درایورهای بالا با توجه به مشخصات ولتاژی و جریانی خود که در برگه ی اطلاعات آنها می آید می توانند برای راه اندازی رنج خاصی از موتور های DC مناسب باشند.

شکل زیر، شکل یک درایور L298 است.

شکل 7 :‌نمایی از یک L298

شکل ۷ :‌نمایی از یک L298

این درایور در شرایطی که پایه ی En که پایه ی را انداز این IC است فعال باشد و منبع ولتاژ ما محدودیت جریان نداشته باشد می تواند تا ۲ آمپر جریان از خود عبور داده و یک موتور DC را تا ولتاژی در حدود ۴۲ ولت راه اندازی کند. ولتاژ اعمالی به پایه ی en در بالا باید در حدود ۵ ولت و دمای محیط باید در حدود ۲۵ درجه ی سانتی گراد باشد.

نمایی از اطلاعات پایه های این درایور را در شکل ۸ می بینید.

شکل 8 : اطلاعات پایه ها در یک درایور L298

شکل ۸ : اطلاعات پایه ها در یک درایور L298

درایور L298 خود شامل ۲ درایور موتور است که می تواند حداکثر تا دو موتور DC را هم زمان راه اندازی کند. نحوه ی کارکرد این درایور به این نحو است که ابتدا با دادن ولتاژ ۵ ولت به پایه ها ی ۶ یا ۱۱ که با نام های EnableA و EnableB مشخص شده اند که اولی مربوط به راه انداز درایور اول و دومی مربوط به راه انداز درایور دومی است، شروع به کار می کنیم.

این در حالی است که پایه ی ۹ که با اسم Vss مشخص شده است را نیز به ۵+ ولت و پایه ی ۴ که همان Vs است را به منبع ولتاژ با ولتاژی که می خواهیم موتور با آن کار کند، وصل کرده ایم.حال درایور ما آماده به دریافت دستورات از میکرو کنترلر است. اگر به پایه های ۵ و ۷ نگاه بیندازید مشاهده می کنید که این پایه ها با عنوان Input مشخص شده اند. با استفاده از این دو پایه که مربوط به درایور اول این IC هستند، و قرار دادن ۰ یا ۱ توسط میکرو بر روی هریک از این پایه ها می توانیم جهت حرکت موتوری که هریک از دو سر آن به پایه های ۲ و۳ (Output)متصل هستند  را کنترل کنیم.

به خاطر داشته باشید که Output1 مربوط به Input1 و Output2 مربوط به Input2 است یعنی این طور در نظر بگیرید که با قرار دادن ۱ بر روی Input1 در Output1 یک جریان و ولتاژ مناسب فراهم می شود و اگر روی این پایه ۰ قرار دهید Output1 در حالت قطع قرار می گیرد. مثلا فرض کنید اگر روی Input1 مقدار ۱ و روی Input2 مقدار ۰ قرار دهیم در حالی که Output1,Output2 به موتور متصل شده اند و موتور ساعت گرد بچرخد حال با قرار دادن صفر روی Input1 و ۱ روی Input2 موتور پادساعتگرد می چرخد. با قرار دادن مقدار صفر بر روی هردو ورودی موتور حرکتی نخواهد داشت و با قرار دادن هردو ورودی در حالت ۱  موتور قفل خواهد کرد. در زیر نحوه ی اتصال این درایور به میکروکنترلر و همچنین موتور آمده است.

به ولتاژ های نوشته شده روی شکل دقت کنید.

 

 شکل 9: نحوه­ی راه اندازی یک موتور با استفاده از درایور L298


شکل ۹: نحوه­ی راه اندازی یک موتور با استفاده از درایور L298

با بستن مداری به شکل بالا و نوشتن چند خط کد ساده به راحتی می توانید دو موتور متصل به L298 را راه اندازی کنید. برای این کار پس از این که مدار را بستید کد زیر را در کدویژن بنویسید. دقت کنید که قبل از نوشتن کد پین های صفرم تا سوم از پورت A باید در حالت خروجی تنظیم شده باشند.

while (1)
{
PORTA.0=1;
PORTA.1=0;
PORTA.2=1;
PORTA.3=0; }

قطعه کد بالا موتور اول و دوم را در یک جهت خاص به چرخش وا می دارد.حال با عوض کردن صفرها به یک و بر عکس جهت حرکت موتور ها برعکس خواهد شد.

در ضمن همواره به یاد داشته باشید که در هنگام استفاده از L298 از دیود های یکسو کننده با آرایشی که در شکل صفحه ی قبل آورده شده اند استفاده کنید.

این دیود ها نقش حفاظتی دارند و برای جلوگیری از آسیب دیدن IC به هنگام راه اندازی موتور ها و قطع و وصل های متوالی جریان، توصیه می شوند. L293 همانند L298 یک درایور موتور با قابلیت راه اندازی دو موتور به صورت هم زمان می باشد ولی توان کم تری نسبت به L298 دارد. در واقع یک L293 در دمای ۲۵ درجه ی سانتی گراد و در حالی که پایه ی VCC1 آن به ۵+ ولت و پایه ی VCC2 آن به ۲۴+ ولت وصل شده باشد حداکثر جریانی که می تواند در خروجی خود حاضر کند بین ۶۰۰ میلی آمپر تا ۱ آمپر است. عملکرد و راه اندازی این IC دقیقا همانند L298 می باشد. این IC از بسته بندی PDIP برخوردار است.

موتورهای Stepper :

این نوع موتور ها همان طور که از نامشان پیداست به صورت پله ای حرکت می کنند.به این نحو که در هر بار حرکت به اندازه ی یک پله که می تواند مثلا ۶۰ درجه باشد حرکت کنند.در واقع این موتور ها بر خلاف موتور های DC در یک پله ی خود نسبتی از  ۳۶۰  درجه می چرخند.این موتور ها به دلیل داشتن همین قابلیت از ویژگی کنترلی بسیار مناسب تری نسبت به موتور های DC بر خوردارند، چراکه شما در هر لحظه هم می توانید بدانید که موتور در کجا قرار دارد و هم می توانید آن را به اندازه ی مناسبی جابجا کنید.

شکل ۱۰ حاوی انواعی از موتور های پله ای است.

شکل 10: چند نوع موتور پله­ای

شکل ۱۰: چند نوع موتور پله ­ای

این موتورها معمولا بیش از ۴ سیم خروجی دارند که مرتبط با خواص کنترلی این موتورها و میزان هر پله تعداد این سیم ها متفاوت است. مثلا برای یک استپر موتور ۴ سیمه جهت و نحوه ی حرکت در صورت دادن ورودی های نوشته شده در جدول به صورت زیر است.

شکل 11 : نحوه­ی چرخش 360 درجه ای یک موتور پله­ای

شکل ۱۱ : نحوه­ی چرخش ۳۶۰ درجه ای یک موتور پله­ای

 

step L1 L2 L3 L4
۰ ۱ ۱ ۰ ۰
۱ ۰ ۱ ۱ ۰
۲ ۰ ۰ ۱ ۱
۳ ۱ ۰ ۰ ۱
۴ ۱ ۱ ۰ ۰

 

حال در نظر بگیرید که یک استپر ۴ سیمه داریم که می خواهیم آن را راه اندازی کنیم. با بستن مدار یک L298 که آن را قبلا آموختید و وصل کردن هر ۴ سیم خروجی به یک موتور استپر مدار راه اندازی کامل می شود.(به جای دو موتور DC یک موتور استپر بگذارید) حال با دادن خروجی های جدول بالا روی پایه های استپر آن را در هر مرحله، یک پله به جلو می بریم.معمولا برای شبیه سازی بهتر می توانید بین هر پله و مقدار دهی پین ها از یک تاخیر چند میلی ثانیه ایی استفاده کنید.

 

شاید این مطالب را هم دوست داشته باشید

16 پاسخ

  1. محمد می‌گه:

    سلام ،من دارم یه دستگاهدجوجه کشی میسازم،موتور گیربکسی که خریدم ۱۲ ولته برای اینکه چپگرد راستگرد بشه میخوام درایو l298n بگیرم ،آیا احتیاج به برنامه داره برای اینکه شانه ها را تو زاویه مناسب نگه داره باید ازمیکروسوییچ استفاده کنم این میکروسوییچها با درایو چه جوری سری میشه؟راهنمایی لطفا

    • سلام برای راه اندازی درایور L298 در ساده ترین حالت ممکن نیازی به میکروکنترلر و نتیجتا برنامه نویسی ندارین و می تونین به سادگی با اتصال پین های IN1 تا IN 4 به ولتاژ ۰ یا ۵ ولت جهت چرخش موتور رو تعیین کنین. در واقع اگر به IN1 و IN2 به ترتیب ۰ ولت (Ground) و ۵ ولت رو متصل کنین در خروجی OUT1 و OUT2 به ترتیب ۰ , ۱۲ ولت رو خواهین داشت ( به شرط اینکه (U2(VS در شکل به ۱۲ ولت وصل باشه). برای مشکل شما می تونین میکرو سوییچ رو به پایه EN1 و EN2 وصل کنین به طوری که میکروسوییچ یک سرش Ground باشه و سر دیگر EN1 یا EN2. در این صورت هر بار که سوییچ متصل بشه موتور ها استاپ می شن و علت هم این هست که پایه EN باعث فعال کردن و یا غیر فعال کردن درایو می شه. ( EN1 برای پایه های out1 و out2 و EN2 برای out3 و out4 ).
      توصیه نهایی اینکه اگر می خواهین از L298 برای یک محصول یا کار به غیر از مصارف تست استفاده کنین اکیدا طبق تجربه چندین ساله کار با درایو ها توصیه می کنم این کار رو نکنین چرا که IC خیلی اتکا پذیری نیست و عمر کاری بسیار کمی داره. برای تست مشکلی نیست. نکته نهایی اینکه جریان کاری این درایو ها بر خلاف ادعای Datasheet حدود ۵۰۰ میلی آمپر هست.

  2. حسن می‌گه:

    با عرض سلام و خسته نباشید
    با تشکر از مطالب خوبتون می خواستم ببینم نقش پایه های Current Sensing تو آی سی L298 چیه و مدار حفاظت از آی سی رو چرا میبندیم یعنی موقع قطع و وصل ورودی چه اتفاقی میفته که باید کنترل بشه؟

    • سلام دوست عزیز.
      نقش پایه های Current Sensing در درایور L298 اندازه گیری جریان خروجی از درایو و نتیجتا ورودی به موتور هستش. نحوه ی عملکرد این پایه هم به این شکل هست که با قرار دادن یک مقاومت بسیار ضعیف با توان بالا (مثلا ۰٫۵ اهم با توان ۴ یا ۵ وات) و اندازه گیری ولتاژ دو سر مقاومت با استفاده از واحد ADC در هر میکروکنترلر مقدار جریان خروجی درایو قابل تخمین زدن هست. متاسفانه در دیتا شیت L298 رابطه بین ولتاژ دو سر مقاومت و جریان خروجی به وضوح بیان نشده ولی با توجه به مشخصات نامی درایور برای رنج بین ۰ تا ۳ آمپر به عنوان خروجی درایو ولتاژ دو سر مقاومت بین -۱ تا ۲٫۳ ولت تغییر می کند. به نظر با یک تقریب خطی بین ولتاژ دو سر مقاومت و جریان بتوان به نتایج مقبولی رسید. روش مورد توصیه برای اندازه گیری جریان موتور قرار دادن IC های اندازه گیر جریان همانند ACS712 به صورت سری با موتور در خروجی درایو می باشد.
      علت قرار دادن مدار حفاظتی جلوگیری از ورود جریان برگشتی (Fly back Current ) از موتور به درایو و مدارات کنترلی است. این خاصیت به علت وجود اندکتانس داخلی مدار موتور است . برگشت جریان از موتور باعث آسیب رساندن به درایو در دراز مدت می شود.

  3. saeed می‌گه:

    با سلام
    شما چه درایوری رو برای راه اندازی موتور dc( مصارف غیر تست) توصیه می کنین؟
    حداقل عمر کاری ۱۲ ماه.
    قابلیت اعتماد ۹۹ درصد.
    سپاس گذارم.

    • سلام دوست عزیز، سئوال شما رو ترجیح می دم با یک مقدمه پاسخ بدم، اولین و مهمترین بحث در انتخاب درایور برای یک موتور الکتریکی نگاه به خود موتور هست. در واقع شما باید نیاز خودتون رو خوب بشناسین. نکته ی دوم قبول یک واقعیت در دنیای الکترونیک هست! و اون واقعیت اینه که هیچ گاه شما با پرداخت پول کمتر نمی تونین محصول با کیفیت بیشتر رو داشته باشین. علت این ادعا هم رقابت بسیار شدید تو این بازار هست که اجازه اعلام قیمت های غیر واقعی برای محصولات از طرف شرکتهای الکترونیکی رو می گیره. بنابراین بازار الکترونیک بازاری بسیار خشن و رو راست هست. اما در جواب سئوال شما که سئوال بسیار سختی هم هست باید بگم متاسفانه در ایران کلا رو بحث درایو های موتور های مختلف خوب کار نشده و به غیر از یکی دو شرکت تا اونجا که من یادم میاد کس دیگه ای مبتکرانه و خلاقانه روی این مبحث کار نکرده. بنده قصد تبلیغ در این کامنت رو نداشتم ولی به عنوان کسی که ۴ سال هست روی درایورهای موتورهای مختلف کار کردم می تونم به شما ۲ محصول MDC20 و MD5 محصول شرکت ربات سازان رو معرفی کنم. انتخاب نهایی با شماست ولی با یک مقایسه ساده این درایورها با درایورهای موجود در بازار به راحتی و وضوح متوجه تفاوت خواهید شد. در هر صورت انتخاب درایور برای موتورهای الکتریکی بسیار مبحث مهم و حساسی هست که باید به خوبی به اون توجه کنین.

  4. danial می‌گه:

    با سلام،
    مهندس سید میلاد محمدی، بنده یک میکرو موتور را میخواهم راه اندازی کنم، و از l298 استفاده کردم.
    موتور من دیتاشیت ندارد و فقط میدانم که با ۶ ولت کار میکند و در ۶ ولت کارایی که میخواهم را دارد.
    در l298 پایه Vs ، که ولتاژ موتور را تغذیه میکند به آداپتور متغیر(۰- ۱۸ولت ) وصل کردم و رنج های متفاوتی را تست کردم،
    و در حالت ۱۸ ولت آداپتور ، ولتاژ دو سر موتور ۳ ولت و آمپر آن ۶ میلی آمپر میشود و بنده میخواهم دو سر موتور ۶ ولت باشد.
    (لازم است بگویم که در حالت روشن بودن، ولتاژ آداپتور کاهش پیدا میکند و در این حالت ۷٫۵ ولت را، با اندازه گیری دو سر آداپتور، به ما نشان میدهد و با جریان ۷ میلی ولت.)
    بنده با ماسفت(IRF510) و bjt هم امتحان کردم ولی بهترین نتیجه l298 بوده است.
    لطفا کمکم کنید.
    با سپاس

  5. پويا می‌گه:

    سلام.
    من ميخوام ١٥عدد استپ موتور را در مصارف غير تست استفاده كنم.
    ايا با يك ميكرو و چند درايو ميشه؟!
    از درايو mdc20 كه فرموديد استفاده كنم بهتر هست به نظر شما؟!
    ممنون

  6. Sajad می‌گه:

    سلام
    من دانشجوی رشته مکانیک هستم و قصد دارم روی پرینتر سه بعدی کار کنم و برای کنترل محورها باید از استپ موتور استفاده کنم ولی اشنایی زیادی با طرز راه اندازیشون ندارم.اگه میشه در مورد اینکه به چه چیز های (مثل درایور و برد)نیاز دارم تا بتونم موتور هارو کنترل کنم راهنمایی کنید.خیلی ممنون

    • محسن ملایجردی می‌گه:

      سلام مهندس جان، لطفا اگر سوالی دارید در انجمن ما بپرسید تا مجموعه سوالات مدون تر باشد. شما برای ساخت پرینتر سه بعدی بایستی یک کنترل کننده داشته باشید تا درایورهای موتورهای استپر شما را تحت کنترل داشته باشد و حرکت هایی که شما نازل خواهید داد را زمانبندی و نظارت داشته باشد. موتورهای استپر نیازمند یک درایور برای حرکت هستند که این درایور توسط سیگنال کنترلی که از یک کنترل کننده دریافت می کند، موتور را به اندازه لازمه حرکت می دهد. برای شروع می توانید از بوردهای آردوینو و درایورهای استپر در ابعاد کوچک استفاده کنید. موفق باشید.

  7. جعفر می‌گه:

    سلام من یه طرحی دارم که این طرح من حدودا ۴۰ کیلوگرم است آیا می شه از استپ موتور استفاده کرد کنترل سرعت برام خیلی مهم است. با تشکر

  8. نرگس می‌گه:

    سلام. یک مدار دارم شامل atmega32 و یک موتور پله ای و درایور l298 که می خوام موتور رو بچرخونم. توی شبیه ساز جواب می گیرم ولی روی مدارم جواب نمی ده چه کار کنم؟
    چه جوری l298 تست کنم؟ آیا مشکل از درایور هست؟؟؟

    • محمود حسن پور دهنوی محمود حسن پور دهنوی می‌گه:

      سلام
      فازهای موتور استپر رو به درستی به خروجی های L298 وصل کردین؟ اگه فازها به درستی فصل نشه موتور پله ای حرکت نمیکنه و فقط درجا رزونانس میکنه. همچنین اگه فرکانس پالسهایی که از طرف میکرو دارین به L298 میدین اگه بالا باشه موتور حرکت نمیکنه! توی شبیه سازی با فرکانس بالا جواب میده ولی در عمل اگه فرکانس پالسهای اعمالی از یه حدی بیشتر بشه گشتاور موتور پله ای به حدی کوچیک میشه که دیگه قادر نیست حرکت کنه.
      با تشکر

پاسخ دادن به saeed لغو پاسخ

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


CLOSE
CLOSE