شرح المحرك الخطوي مع حاسبة السرعة

يُعد المحرك الخطوي Stepper Motor من المحركات الكهربائية الحديثة المستخدمة في تطبيقات متعددة، ويتميز بقدرته على الحركة بشكل دقيق ومحدد، حيث يقوم بتحويل الإشارات الكهربائية المتغيرة إلى حركة دورانية محددة. فيما يلي شرح مفصل لعمل المحرك الخطوي واستخداماته بالاضافة إلى حاسبة سرعة المحرك الخطوي والطاقة العظمى.

حاسبة المحرك الخطوي

هذه الحاسبة تحسب لك السرعة العظمى للمحرك. وكذلك السرعة الدنيا في الخطوة, بالاضافة لحساب الطاقة العظمى المستهلكة بالوات.

معادلات السرعة:

حيث أن:

1. V هو الجهد المطبق على المحرك.
2. I_max هو التيار الأعظمي
3. P_max الطاقة العظمى
4. L ممانعة ملف المحرك
5. spr عدد الخطوات في الدورة

شرح المحرك الخطوي

بنية المحرك الخطوي

يتكون المحرك الخطوي من عدد من الأقطاب المغناطيسية المرتبة على شكل حلقة، وتمر من خلالها مجموعة من الأسلاك الكهربائية التي تسمى “الملفات”، وتقوم بتوليد الحقل المغناطيسي اللازم لتحريك المحرك.

إقرأ حول: الحث الذاتي للملف الكهربائي

أنواع المحركات الخطوية

يوجد نوعان رئيسيان من المحركات الخطوية: المحرك الخطوي ذو الخطوات الكاملة (Full Step) والمحرك الخطوي ذو الخطوات النصفية (Half Step) أو نصف خطوة. يختلف كل نوع منهما في طريقة تحريك المحرك وتحكمه، والذي يؤثر على الدقة والسرعة والأداء العام للمحرك.

كيفية عمل المحرك الخطوي

تعتمد عملية تحريك المحرك الخطوي على التبادل المتكرر للحقل المغناطيسي في الملفات، حيث يتم تطبيق تيار كهربائي في الملفات بتسلسل معين لتحريك المحرك بشكل دقيق. عند توصيل التيار بملف معين، يتولد حقل مغناطيسي يجذب الأقطاب المغناطيسية ويحرك المحرك إلى الخطوة القادمة. ويتم تحريك المحرك بالتبادل المتكرر للتيار في الملفات بحيث يتحرك المحرك بشكل محدد ودقيق.

ما هي استخدامات المحرك الخطوي

يُستخدم المحرك الخطوي في العديد من التطبيقات المختلفة، ومن أهم استخداماته:

1. الطابعات وقارئات الأقراص الصلبة والليزرية: يتم استخدام المحرك الخطوي في صناعة الطابعات ثلاثية الأبعاد والطابعات العادية والسواقات الليزية (قارئات الأقراص)، حيث يستخدم لتحريك رأس الطابعة بدقة لإنشاء الأشكال ثلاثية الأبعاد أو في الطابعات العادية لتحريك الورقة يمينا وشمالا بدقة أثناء نفث الحبر أو في قارئات الأقراص الليزرية يستخدم لتحريك رأس العدسة القارئة أو الناسخة. كما استخدم سابقا في صناعة قارئ أقراص الفلوبي (سابقا).
2. معدات الروبوت: يستخدم المحرك الخطوي بكثرة في معدات الروبوت، حيث يستخدم لتحريك الأطراف والمفاصل بدقة وسرعة عالية.
3. أنظمة المراقبة: يستخدم كذلك في أنظمة المراقبة والرصد، وخصوصاً لتحريك الكاميرات بدرجات معينة في المولات والبنوك وغيرها.
4. أنظمة الملاحقة الشمسية: حيث تستخدم المحركات الخطوية لتحريك ألواح الطاقة الشمسية لتبقى تجاه الشمس. فتتلقى المحركات الاشارات الكهربائية لتتحركات بدرجات قليلة كلما تحركت الشمس للحصول على أعلى استفادة من طاقة الشمس خلال النهار.
5. معدات التصوير: يستخدم المحرك الخطوي في معدات التصوير، حيث يتم استخدامه لتحريك العدسات بدقة وسرعة عالية.
6. معدات القياس والاختبار: يستفاد من المحرك الخطوي في معدات القياس والاختبار، حيث يبرز دوره في تحريك الأجهزة القياسية بدقة عالية وخصوصاً في أجهزة التحليل المخبري.
7. معدات التصنيع: يستخدم بدرجة كبيرة في المعامل الكبيرة لتحرييك الآلات مثل مصانع السيارات وصناعة الشيبس ولا يكاد يخلو معمل آلي من المحرك الخطوي.

ربما يصعب حصر استخدامات المحرك الخطوي في مقال أو عشرة فكل ما يحتاج لحركة دقيقة بطيئة أم سريعة وعزوم قوية يحتاج لمحرك خطوي.

توصيل المحرك الخطوي ذو 4 أسلاك

لربط هذا النوع من المحركات:

يتم توصيل A+ و A- بأحد ملفات المحرك، وB+ و B- بالملف الآخر.

لتحديد الأزواج الصحيحة للأسلاك، يمكننا القيام بالمحاولات التالية:

1. البحث عن وثائق المحرك (ملف Data sheet) لمعرفة التوصيلات الصحيحة (حاول البحث عن رقم المحرك. يكون عادة مطبوعا عليه في مكان ما وابحث عن الرقم في الانترنت واكتب بجانب رقم المحرك في البحث datasheet).
2. استخدام جهاز قياس المقاومة (الافو) لتحديد الأزواج، حيث أن السلكين اللذين يظهران مقاومة صغيرة يشكلان ملفًا واحدًا.
3. إن كنت لا تمتلك آفو او جهاز قياس مقاومة، يمكنك تحديد الأزواج بتجربة تدوير المحرك عند توصيل أسلاك عشوائية ببعضها؛ قم بتدوير المحرك اولا بدون اي توصيل لتشعر بطبيعة الدوران وشدته. عند توصيل زوج صحيح متصل بملف واحد، يصبح دوران المحرك أكثر صعوبة.

إذا كان اتجاه الدوران غير صحيح، ببساطة قم بعكس أحد الأزواج وليس كليهما.

توصيل المحرك الخطوي ذو 5 أسلاك

هذه المحركات تكون أحادية القطبية ولا يمكن توصيلها كمحركات ثنائية القطبية. وتكون غير متوافقة مع بعض وحدات التحكم مثل وحدة Buildbotics CNC Controller.

توصيل المحرك الخطوي ذو 6 أسلاك

• يمكن توصيله إما كـ محرك أحادي القطبية أو ثنائي القطبية.
• المحركات ذات 6 أسلاك تحتوي على ملفين، كل منهما يحتوي على نقطة منتصف center-tapped. والمشكلة تكمن في معرفة أسلاك المنتصف تنتمي لأي ملف.

لتحديد الأسلاك، يمكننا محاولة ما يلي:

1. أفضل وأسهل وأءمن طريقة هي البحث عن ملف الداتا شيت لمعرفة ألوان الأسلاك وتوصيلاتها.
2. الخطوة الثانية الأكثر علمية وأمان هي استخدام مقياس الأوم لقياس المقاومة وتحديد النقطة الوسطية للملف، أولا: وجود أي مقاومة بين أي سلكين تعني انتماءهما لملف واحد. وهذا شيء بديهي فعدم وجود أي مقاومة تعني أن الاسلام لا تنتمي لنفس الملف. بكل حال, يمكننا تحديد 3 اسلام فيما بينها مقاومة لكل ملف. تكون المقاومة بين طرفي الملف ضعف المقاومة بين أي طرف والنقطة الوسطية. حدد قيم المقاومات بين الاسلاك الثلاث وبذلك نسنتنتج ملف النقطة الوسطية وأطراف الملف.
3. بعد تحديد الأطراف الأربعة للملفات الآن افترض أحد الطرفين هو + الزوجين الآخريبن هو -. وصلهما بالجهد المطلوب وانظر لجهة الدوران. إذا كان المحرك يدور بالاتجاه الخاطئ، قم بعكس أحد الأزواج وليس كلاهما.

هل لديك نوع معين من المحركات الخطوية تعمل عليه؟ يمكننا مساعدتك في التوصيل. اطرح سؤالك في التعليقات.