מה זה בכלל
מנוע צעד
כשמו כן הוא, מנוע המסתובב בצעדים.
בניגוד למנוע רגיל (מנוע DC) המסתובב באופן רציף כאשר הוא מחובר למתח, מנוע צעד נע בכל פעם צעד אחד (צעד- זווית קטנה וידוע מראש).
בניגוד למנוע רגיל, למנוע צעד יש כמה חיבורים (חוטים) עליהם נפרט בהמשך אבל באופן כללי, בכל פעם נספקים למנוע מתח בחוט אחר והמנוע מתקדם בצעד אחד.
למה צריך מנוע צעד
למנוע צעד יש כמה יתרונות ברורים:
1) המנוע מסתובב בכל צעד זוית ידועה מרואש, וניתן להשתמש בו לתנועה מדוייקת.
דוגמה אחת היא זרוע של רובוט, אנו מעוניינים שתנועת הזרוע תהייה מדוייקת ותמיד תגיע לאותה הנקודה.
2) כאשר המנוע לא מסתובב, ניתן לספק מתח לחוט המתאים ובכך המנוע שומר על מקומו ולא מסתובב חופשי.
3) מאפשר עבודה בחוג פתוח. אנו יודעים כמה צעדים אלינו להפעיל את המנוע על מנת לקבל סיבוב בזוית מדוייקת ללא צורך בחוג בקרה. אך יש להיזהר מתופעה של "החלקה" המפורטת בהמשך.
על חסרונות נדבר בהמשך.
כיצד הוא בנוי
ציר המנוע (החלק שמסתובב) מחובר לשני מגנטים, מגנט N בצד אחד ומגנט S בצד שני.
מסביב לציר המנוע ישנם אלקטרומגנטים (סליל מלופף על מתכת, כאשר מזרימים זרם המתכת הופכת למגנט).
שינם שני סוגים עקריים של מנועי צעד: BIPOLAR ו UNIPOLAR.
ההבדל בינהם הוא האופן שבו מחוברים האלקטרומגנטים.
BIPOLAR מכיל שני אלקטרומגנטים, לכל אחד שני חוטים. לכן יש לו 4 חוטים בסך הכול.
UNIPOLAR מכיל 4 אלקטרומגנטים, שני זוגות כאשר לכל זוג יש חוט אחד המחובר בייחד ולכן יש לו 6 חוטים.
בפועל ישנם הרבה יותר משני מגנטים על ציר המנוע אבל אופן הפעולה הוא אותו הדבר.
ככול שיש יותר מגנטים, כך המנוע מסתובב זווית קטנה יותר בכל צעד.
כיצד הוא פועל
במנוע מסוג BIPOLAR אני מזרימים זרם דרך אחד הסלילים ואז ציר המנוע מתיישר בהתאמה למשיכת המגנטים. בשלב שני מזרימים זרם דרך הסליל השני ואז ציר המנוע מתקדם צעד אחד.
שלב שלישי מזרימים זרם הפוך בסליל הראשון וציר המנוע ממשיך הלתקדם ולבסוף זרם הפוך דרך הסליל השני וחוזר להתחלה.
במנוע מסוג UNIPOLAR אופן הפעולה דומה מאוד אך אופן החיבור שונה.
אין צורך להפוך את כוון הזרם, את הרגליים המשותפות של שני זוגות הסלילים אנו מחברים לאדמה.
וב 4 הרגליים הנותרות אנו מזרימים זרם לפי הסדר 1 2 3 4, 1 2 3 4 וכו'
ישנם שלוש שיטות להפעלת מנוע צעד:
צעד רגיל:
השיטה הבסיסית, בכל פעם מזרימים זרם רק בסליל אחד.
צעד כפול:
בכל פעם מזרימים זרם דרך שני סלילים יחד.
בשיטה זו המנוע מתקדם באותם צעדים כמו צעד רגיל אבל מכיוון שאנו מפעילים שני סלילים יחד, הכוח שמפעיל המנוע גדול עד כמעט פי 2 מהשיטה הרגילה.
כמובן שבשיטה זו צריכת הזרם גבוהה פי 2.
אנימציה נחמדה:
http://neil.fraser.name/hardware/stepper/steps.gif
חצי צעד:
אופן ההפעלה בשיטת חצי צעד הוא:
1) זרם דרך סליל 1.
2) זרם דרך סליל 1 ו 2.
3) זרם דרך סליל 2.
4) זרם דרך סליל 2 וזרם הפוך דרך סליל 1.
5) זרם הפוך דרך סליל 1.
6) זרם הפוך דרך סליל 1 וסליל 2.
7) זרם הפוך דרך סליל 2.
זרם הפוך דרך סליל 2 וזרם רגיל דרך סליל 1.
היתרון של שיטה זו הוא שבכל צעד המנוע מתקדם חצי זווית מהזווית המקורית.
כלומר תנועה עדינה ומדוייקת יותר.
החיסרון הוא שכאשר אנו מזרימים זרם דרך שני הסלילים אנו צורכים פי שנים זרם מהמעגל וזה משמעותי כאשר מתח המערכת הוא מסוללה.
כיצד לחבר מנוע צעד
שני שלבים: זיהוי הסלילים ובדיקת סדר ההפעלה.
במנוע מסוג BIPOLAR:
שלב ראשון:
נבדוק באצמעות רב מודד (מדידת התנגדות) בין אילו מ 4 החוטים יש התנגדות, כלומר מחובר סליל.
בסוף שלב זה יש לנו שני זוגות חוטים, כל זוג מחובר לסליל.
שלב שני:
באמצעות ספק (יש לכוון את מתח הספק למתח של המנוע) נזרים זרם דרך הסלילים באופן הבא:
1) זרם דרך סליל 1.
2) זרם דרך סליל 2.
3) זרם הפוך דרך סליל 1.
4) זרם הפוך דרך סליל 2.
אם הכל בסדר, המנוע יתקדם לאותו הכוון בכל שלב. אם לא יש להפוך בין סעיף 2 ו 4 או 1 ו 3.
לאחר מעט ניסויים, נגלה את סדר החיבור מתאים.
במנוע מסוג UNIPOLAR:
שלב ראשון:
באמצעות רב מודד מנדוד את ההתנגדויות כל הרגליים ונרשום על דף.
נגלה ש:
בין רגל 1 ל 2 יש התנגדות של 50 אום (זהוא סתם מספר, אני לא זוכר את ההתנגדות).
בין רגל 2 ל 3 יש התנגדות של 50 אום.
בין רגל 1 ל 3 יש התנגדות של 100 אום.
בין רגל 4 ל 5 יש התנגדות של 50 אום.
בין רגל 5 ל 6 יש התנגדות של 50 אום.
בין רגל 4 ל 6 יש התנגדות של 100 אום.
ברור שרגליים 2 ו 5 הם הרגליים המשותפות לסלילים.
שלב שני:
נחבר את רגליים 2 ו 5 בייחד לאדמה.
נספק מתח לרגל אחת בכל פעם לפי הסדר 1 2 3 4.
כמובן שאם המנוע לא מתקדם באותו הכוון יש לשנות את סדר הרגליים אד שנמצא את הסדר המתאים.
איפה ניתן למצוא מנועי צעד
כונני דסקטים, CDROM, מדפסות וצורבים.
בעיות אם מנועי צעד
בעייה אחת שאני מכיר היא החלקה: למרות שאנו מספקים פולסים של מתח לפי הסדר, המנוע לא מתקדם.
לבעייה זו יכולות להיות שתי מקורות.
1) הרכיב אשר דוחף זרם למנוע אינו מתאים, כאשר מפעילים את המנוע בקצב גבוהה והרכיב לא מספק את הזרם הדרוש למנוע, אין למנוע מספיק זרם להתקדם והא עומד במקום.
2) יש עומס גדול מדיי על המנוע, אם יש עומס גדול מדי על המנוע, גם אם הרכיב הדוחף מספיק חזק המנוע עדיין לא יתקדם.
בעייה נוספת הוא שמנוע צעד לא נותן חיווי לגב התקדמותו.
כלומר עם יש החלקה והמנוע לא מתקדם למרות שאנו מספקים פולסים ו"חושבים" שהוא מתקדם,
אין לנו חיווי על כך שהמנוע "עומד". אנו חושבים שהרובוט מתקדם אבל בעצם הוא עומד במקום.
חישבו על זה