محركات التيار المستمر محرك الخطوة Stepper Motor

سميّ محرك الخطوة بهذا الاسم لأن هذا المحرك لا يدور باستمرار كبقية محركات التيار المستمر بل يدور بشكل خطوي بزوايا محددة

استخدامات المحرك:

تستخدم محركات الخطوة في الحواسيب والطابعات والراسمات والروبوت وبشكل عام في أنظمة القيادة الرقمية

 يتكون العضو الساكن من أقطاب على شكل ملفات بينما العضو الدوار فهو مادة حديدية مغناطيسية ولا يوجد فيه ملفات



زاوية الخطوة للمحركات (Step Angle):

وهي الزاوية التي يدورها المحرك لكل نبضة تحكم. وهذه الزاوية يمكن أن تصل لقيمة صغيرة بحدود 0.72 درجة أو قيمة كبيرة حتى  90 درجة حيث تنحصر زاوية الخطوة للمحركات الخطوية بين 0.9 درجة حتى 90 درجة .

0.9 اي 400 خطوة في الدورة
1.8 اي 200 خطوة في الدورة
3.6 اي 100خطوة في الدورة
7.5 اي 48خطوة في الدورة
15 اي 400 خطوة في الدورة



ومما يميز هذا المحرك أيضا أنه يعتمد على النظام الثنائي في التشغيل binary حيث يلاحظ أنه يخرج منه أربع أو خمس أسلاك تسمح له بتلقي تتابع معين

 فمثلا إذا استقبل التتابع الآتي:0001 التي تكافيء 1 في النظام العشري فإنه سيتحرك بزاوية مقدارها 90 درجة في اتجاه دوران معين، أما في حال استقبال 1000 التي تكافيء 8 في النظام العشري فإنه يدور في الاتجاه المعاكس



يعني إذا أردت تحريك المحرك في اتجاه معين وليكن عكس عقارب الساعة سوف ترسل له تتابع كالآتي:(0001 -  0010 -  0100 -  1000).


أرسل عكس التتابع السابق وستحصل على الاتجاه المعاكس وهذة الطريقة تعرف باحادية القطب أو(unipoler)



أنواع محركات الخطوة:

أ- محركات الخطوة ذات الممانعة المغناطيسية المتغيرة: (Variable Reluctance Stepper motor):

 يتكون العضو الساكن من أقطاب على شكل ملفات بينما العضو الدوار فهو مادة حديدية مغناطيسية ولا يوجد فيه ملفات





ب- المحرك ذو المغانط الدائمة (Permanent Magnet stepper motor):

يكون العضو الدوار عبارة عن أقطاب مغناطيسية دائمة ويتكون العضو الساكن من ملفات تشكل الأقطاب
ويبين الشكل التالي تركيب هذا النوع من المحركات




ج- محركات الخطوة الهجينة (Hybrid stepper motor) :

يشبه محرك الخطوة ذو المغناطيس الدائم لكن يحتوي العضو الدوار على مجموعة أقطاب شمالية في الجزء الأمامي للعضو الدوار ويحتوي الجزء الخلفي للعضـو الـدوار على أقطاب جنوبية.


 ويبين الشكل(أ) مقطعاً جانبياً ويبين العضو الدوار ذا الأقطاب الشمالية بينما الشكل (ب) يبين مسقطاً أماميا بين المغناطيس الدائم متصلا مع العضو الدوار ويبين الشكل(جـ) مقطعاً جانبياً ويبين العضو الدوار ذا الأقطاب الجنوبية.




مبدأ عمل محرك الخطوة:







 عند سريان تيار كهربائي في الطور (A) كما يوضح الشكل سيتشكل قطبان قطب جنوبي وقطب شمالي في الملفين  ( A  - A`).
وهذا يؤدي لجذب أقطاب العضو الدوار كما في الشكل ( أ )

وعند فصل التيار عن الملفين ( A  - A`) وتوصيل التيار الكهربائي بالملفين (B – B`) كما يوضح الشكل (ج) سيتولد قطبان قطب جنوبي وقطب شمالي وسيحدث تجاذب بين أقطاب العضو الساكن والعضو الدوار كما يبين الشكل (ب)

وبعكس إتجاه سريان التيار الكهربائي في الملفين ( A  - A`) كما في الشكل(د) سيدور العضو الدوار (180 درجة)، وأيضاً بعكس اتجاه سريان التيار الكهربائي في الملفين(B – B`) كما في الشكل(د) سيدور العضو الدوار بزاوية (270 درجة)


طرق قيادة المحركات الخطوية:

تقسم المحركات الخطوية من حيث الملفات الى:

1-محرك خطوي ذو ملف واحد:
ويسمى المحرك الايسر Left Motor:
وهو محرك صغير الحجم يستخدم في الساعات
يعمل من خلال تبديل اقطاب الملف بواسطة ترانسستور




2-محرك خطوي ذو ملفين:
وهو محرك يعمل من خلال تبديل اقطاب الملفات بواسطة مبدل الكتروني يستخدم في الألعاب والربوت




3-محرك خطوي ذو اربع ملفات:

 اوضاع تشغيل محرك الخطوة ذي الاربع ملفات  :

هناك ثلاث اوضاع لتشغيل المحركات الخطوية ذات الاربع ملفات:

 كلها تعتمد على تسلسل تفعيل الملفات الثابتة في المحرك

 اولاً  Wave Drive :

في هذا النوع يتم تفعيل طور واحد فقط في كل مره



 ثانياً  Full Drive :

في هذا النوع يتم تفعيل طورين في كل مره



 ثالثـاً  Half Drive :

في هذا النوع  يتم تفعيل طور واحد ثم طورين  بشكل تبادلي
و هذا الامر يزيد من دقة المحرك



4-محرك خطوي ذو ثمانية ملفات:

يوصل كل ملفين متقابلين توالي ثم توصل ملفاته  كما يوصل المحرك ذو الاربع ملفات


  و تقسم المحركات الخطوية من حيث الاقطاب الى
نوعين:

 -احادي القطبية unipolar

 -ثنائي القطبية  bipolar


1- المحركات احادية القطبية :

يكون هناك مـلـفــان لكل طـــور و طريقة توصيل الملفات ببعض تحدد عدد الاسلاك الخارجة من المحرك
 فقد تكون 5 أو 6 أو 8 اسلاك و في حالة الـ8 اسلاك يسهل لنا وصلهم على التوالي او على التوازي , بينما في حالة الـ 5 و 6 اسلاك  هم موصولين على التوالي
المحرك احادي القطبية يسهل علينا عملية التشغيل , فلا حاجة لعكس التيار في دائرة القيادة  و بالتالي تكون ابسط



2- المحركات ثنائية القطبية :

يكون ملف واحد لكل طور و لذلك نحتاج لعكس التيار اثناء التشغيل  و بالتالي تكون دائرة القيادة اكثر تعقيداً