المحرك الخطوي ( Stepper motor )

 تُستخدَم المحركات الخطوية يومياً في التطبيقات الصناعية والتجارية، وذلك بسبب أسعارها المنخفضة، ووثوقيتها العالية، وعزومها المرتفعة عند السرعات المنخفضة، والتصميم البسيط والقوي أيضاً، مما يسمح لها بالعمل في معظم الأوساط. والمحركات الخطوية هي كباقي المحركات الكهربائية تعتمد في دورانها على مبدأ تشابك الفيض المغناطيسي بين الثابت والدوار ولكنها تمتاز بأنها تمكننا من التحكم بمقدار زاوية الدوران .بدأ التفكير في استخدام المحرك الخطوي ( Stepper motor ) عندما بدأ الطلب على جهاز يمكن أن يعطي حركة دورانية  في صورة انحراف زاوي ثابت. عملياَ يمكن ربط المحرك الخطوي مع الحاسب الآلي أو المعالجات الصغيرة التي تستطيع التحكم به لأداء وظائف معينة.

طريقة عمل المحرك الخطوي:

المحرك الخطوي stepper motor هو محرك كهربائي brushless ومتزامن synchronous يحول النبضات الرقمية إلى دوران ميكانيكي  لجزء ال Rotor في المحرك. تُقسم كل دورة في المحرك الخطوي إلى عدد صحيح من الخطوات (200 خطوة ف العديد من الحالات)، ويجب أن يتلقّى المحرك نبضة مستقلّة لكل خطوة سيقوم بها. يستطيع المحرك الخطوي القيام بخطوة واحدة فقط في الوقت الواحد، ولكل خطوة الحجم ذاته. وبما أنّ كل نبضة تسبب دوران المحرك زاويةً محدّدة (عادة تكون 1.8 درجة) وبالتالي، يمكن التحكم بموضع المحرك دون الحاجة لوجود أي نظام تغذية عكسية. ومع زيادة تردد النبضات، تتحول الحركة الخطوية بالتدريج إلى حركة دوران مستمر، حيث تكون سرعة الدوران متناسبة خطياً مع تردد النبضات.

أنواع المحركات الخطوية ( Stepper motor )

یوجد نوعان رئیسیان للمحركات الخطویة ھما : –

– المحركات ذات الممانعة المتغیرة 

تعمل محركات الخطوة ذات الممانعة المغناطیسیة المتغیرة وفق نمط یختلف عن ذلك الخاص بمحركات المغانط الدائمة permanent magnets. فھي تحوي بالطبع على ثابت ودوار Rotor ,Statorولكن الدوار Rotor ھنا مصنوع من الفولاذ النقي غير الممغنط .

– المحركات ذات المغانط الدائمة PM . وتنقسم الى نوعان :

1- المحركات أحادیة القطبیة .

2- المحركات ثنائیة القطبیة .

المحركات ذات المغانط الدائمة تتكون من ثابت یحوي ملفات و دوار مغناطیسي عبارة ( مغناطیس ثنائي القطبیة ) وھو بشكل اسطوانة غیر مسننة وتمتاز ھذه بأن زاویتھا الخطویة كبیرة نسبیا ( 5.7 – 15)  درجة . ولكن تتميز بأن العزم ذات سرعة جیدة .

– ویوجد نوع ثالث ھجین بین النوعین السابقین:

 وبغض النظر عن الفروقات بین أنواع المحركات إلا أن النتیجة المطلوبة ھي الدوران بخطوة واحدة فقط أي دوران المحور بزاویة محددة مع كل نبضة یتلقاھا أحد ملفات المحرك وتتغیر لبنیة المحرك الداخلیة . ھذه الزاویة تبعا بین 9.0 درجة حتى 90 درجة .

مزايا المحركات الخطوية ( Stepper motor )

1- تقوم بتحويل إشارات الدخل اللاخطية إلى إشارات خرج خطية.

2- تتناسب زاوية الدوران للمحرك مع نبضة الدخل.

3- يتمتّع المحرك بالعزم الأعظم عند الثبات)في حالة تم تغذية الملفات).

4- تملك استجابة ممتازة عند بدء الحركة، أو توقفها، أو عكس جهتها.

5- ذات وثوقية مرتفعة جداً.

6- استجابة المحركات الخطوية لنبضات دخل رقمية تؤمن إمكانية تشغيلها ضمن حلقة تحكم مفتوحة.

تطبیقات المحركات الخطویة

تستخدم المحركات الخطویة في العدید من التطبیقات سواء الصناعیة أو المكتبیة. حیث لا یكاد یخلو منزل من أحد التطبیقات التي تعتمد المحرك الخطوي وكمثال على استخدام ھذه الآلات ألات القطع حیث یمكن باستخدام ھذا النوع من المحركات مع صندوق التروس لتثبیت آلة القطع والقطعة المراد تشكیلھ خلال فترة التشغیل . وكمثال آخر لاستخدامات المحرك الخطوي ھو استعمالھ في طابعات الحبر للحاسب الآلي حیث یكون من المطلوب دوران المحرك بزاویة محددة لتحریك ورق الطباعة مسافة محددة حسب الفواصل بین الأسطر ثم ثباتھ بعد ذلك حتى الانتھاء من طباعة السطر . وكمثال أیضا یستعمل المحرك الخطوي في مشغل الأقراص المرنة و المدمجة في الحاسب أضف إلى ذلك تطبیقات أخرى كثیرة في الروبوت و الصناعة والأجھزة الطبیة والعدادات الرقمیة .

المراجع:

– قرفي, خير الدين, مولاي, & ادريس. (2018). Study and Control of a Stepper Motor using an Arduino Card.‏

‏

http://geeksvalley.com/tutorial/arduino-lesson-17-stepper-motor/?print=pdf