پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
شکل 1-1 مقطع عرضی ساختار یک موتور پله‌ای مدرن نمونه را نشان می دهد؛ این موتور به نام موتور رلوکتانس متغییر تک پشته ای[1] خوانده می شود. ما ابتدا با استفاده از این شکل نحوه عملکرد این ماشین را مطالعه خواهیم کرد. هسته استاتور دارای شش قطب یا دندانه برجسته می باشد، روتور هم دارای چهار قطب است، هر دو هسته روتور و استاتور از جنس فولاد نرم هستند. سه دسته سیم پیچی همانطور که در شکل نشان داده شده، آرایش داده شده اند. هر دسته دارای دو کلاف است که بصورت سری متصل شده اند. یک دسته از سیم پیچی ها فاز نامیده می شود، و نتیجتاً این ماشین یک موتور سه فاز است. جریان از یک منبع تغذیه DC از طریق کلیدهای I، II، III به سیم پیچی ها تامین می شود. در وضعیت (1)، سیم پیچی فاز I از طریق جریان کلید I تغذیه می شود، یا به اصطلاح فنی فاز I تحریک می شود؛ شار مغناطیسی ناشی از تحریک که در فاصله هوایی واقع می شود با پیکانهایی نشان داده شده است. در وضعیت (1)، دو قطب برجسته استاتور فاز I که تحریک شده اند با دو دندانه از چهار دندانه روتور هم ردیف هستند. این حالت از نظر دینامیکی یک حالت تعادل است. هنگامیکه کلید II برای تحریک فاز II علاوه بر فاز I بسته می شود، شار مغناطیسی در قطبهای استاتور فاز II به حالت نشان داده شده در وضعیت (2) بوجود می آید، و گشتاوری در جهت عکس ساعتگرد بعلت “کشش”[2] در خطوط خمیده میدان مغناطیسی بوجود می آید. از اینرو روتور سرانجام به وضعیت (33) خواهد رسید.
از اینرو روتور با یک زاویه ثابت می چرخد، که “زاویه پله”[3] خوانده می شود، که در این مورد 15 درجه با انجام هر عمل سوئیچینگ است. اکنون اگر کلید I برای تخلیه انرژی فاز I باز شود، روتور 15 درجه دیگر برای رسیدن به وضعیت (44) حرکت خواهد کرد.
پس موقعیت زاویه ای روتور را می توان برحسب واحدهای زاویه پله از طریق فرآیند سوئیچینگ کنترل کرد. اگر سوئیچینگ به ترتیب انجام شود، روتور با حرکتی پله‌ای خواهد چرخید؛ سرعت متوسط را هم می توان از طریق فرآیند سوئیچینگ کنترل کرد.
امروزه، ادوات حالت جامد[4] بعنوان سوئیچ های الکترونیکی در درایو یک موتور پله‌ای بکار می روند، و سیگنال های سوئیچینگ توسط ICهای دیجیتال یا ریزپردازنده تولید می شوند (شکل 2-11). همانطور که در بالا ذکر شد، موتور پله‌ای یک موتور الکتریکی است که ورودی الکتریکی دیجیتال را به یک حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. در مقایسه با دیگر ادواتی که می توانند اعمال مشابه یا یکسانی را انجام دهند، سیستم کنترلی که از یک موتور پله‌ای بهره می برد دارای چندین مزیت مشخص بترتیب زیر است:
معمولاً به هیچ فیدبکی برای کنترل موقعیت[5] یا کنترل سرعت نیاز نمی باشد.
خطای موقعیت جمع ناپذیر[6] است.
موتورهای پله‌ای با تجهیزات دیجیتال مدرن سازگار هستند.
به این دلیل، انواع و کلاس های مختلف موتورهای پله‌ای در لوازم جانبی کامپیوتر، دستگاههای خودکار، و سیستم های مشابه بکار رفته اند.
2-3- تاریخچه ابتدایی موتورهای پله‌ای
در شماره ای از [1]JIEE چاپ سال 1927 مقاله ای با عنوان “کاربرد الکتریسیته در ناوهای جنگی” وجود داشت، و بخشی از این مقاله یک موتور پله‌ای رلوکتانس متغییر سه فاز از نوع فوق را تشریح می کرد که برای کنترل از راه دور نشانگر جهت تفنگها و لوله های اژدرافکن[7] در ناوهای جنگی انگلیسی بکار رفته بود. همانطور که در شکل 3-11 نشان داده شده، یک کلیدگردان مکانیکی برای سوئیچینگ جریان تحریک بکار رفته بود. یک دور چرخش هندل شش پالس پله‌ای تولید می کند که باعث 90 درجه حرکت روتور می شود. حرکت روتور در پله های 15 درجه بمنظور رسیدن به دقت موقعیتی[8] لازم کاهش می یابد.
در این مقاله اشاره شده بود که در طراحی این موتور پله‌ای ظاهراً ساده فاکتورهای بسیاری می بایست مورد توجه قرار گیرند و احتیاطهای بسیاری بمنظور عملکرد مطلوب و مطمئن لحاظ شوند. این ماشین نیاز به نسبت بالای گشتاور به اینرسی اجزاء متحرک بمنظور اجتناب از دست دادن پله دارد، و ثابت زمانی، نسبت اندوکتانس مدار به مقاومت، بایستی کوچک باشد تا به سرعت عملکرد بالایی دست یافت. این مسائل هنوز هم در موتورهای مدرن وجود دارند.
براساس مقاله‌ای[2] در IEEE Transactions on Automatic Control، موتورهای پله‌ای بعدها در نیروی دریایی ایالات متحده با هدفی مشابه بکار گرفته شدند. با اینکه کاربردهای عملی موتورهای پله‌ای مدرن در دهه 19200 واقع شد، اشکال اولیه موتورهای رلوکتانس متغییر به واقع از قبل وجود داشتند. در مقاله ای نوشته [3]Byrne آمده است: “موتورهای رلوکتانس از نوع پله ای، که اکنون بعنوان ادوات تعیین موقعیت[9] بکار می روند، مثل “ماشین های بخار الکترومغناطیسی”، موتورهای الکتریکی نیمه قرن نوزدهم بودند”. ما در اینجا به دو نوع اختراع قابل ذکر در سالهای 1919 و 1920 در انگلستان می پردازیم.
1- ساختار دندانه ای برای به حداقل رساندن زاویه پله. امتیاز اختراعی در انگلستان در سال 1919 توسط یک مهندس عمران در آبردین، اسکاتلند، بنام C.L.Waklerr بخاطر اختراع نوعی ساختار موتور پله‌ای اخذ شد که قادر بود با زاویه‌های پله کوچک حرکت کند. هر یک از قطبهای برجسته دارای یک گروه دندانه کوچک است. دندانه های روتور در گام یکسان با دندانه‌های کوچک استاتور می‌باشند، هنگامیکه فاز I تحریک می شود و شار مغناطیسی در طول مسیری که با منحنی خط چین روی شکل نشان داده شده واقع می شود، گروههای دندانه ها در این فاز با برخی دندانه های استاتور همانطور که در شکل (b) 4-1 نشان داده شده هم ردیف می‌شوند. در این آرایش، دندانه های روتور و استاتور در فازهای II و III بایستی به اندازه 3/1 گام دندانه در جهات متقابل ناهمردیف[10] شوند. هنگامیکه جریان تحریک از فاز I به فاز II سوئیچ می شود، روتور در جهت ساعتگرد به اندازه یک زاویه پله که در این مورد °75/3 = 3/ (32/3600) می باشد خواهد چرخید. بهرحال اگر جریان تحریک به فاز III سوئیچ شود، چرخش در جهت عکس ساعتگرد با همان زاویه کوچک خواهد بود. Walker در مشخصات اختراع ثبت شده طرحی را برای ساخت نوعی از موتور پله‌ای که امروزه به نام نوع رلوکتانس متغییر چند پشته‌ای خوانده می شود به همراه طرح‌هایی برای ساخت یک موتور خطی ارائه کرد. بهرحال در دهه 1950 بود که موتورهای پله‌ای مدرن که از اساس این اختراع بهره می بردند بصورت تجاری عرضه شدند.
[1] . single-stack variable-reluctance motor [2] . tension [3] . step angle [4] . solid-state devices [5] . position [6] . non-cumulative [7] . torpedo tubes [8] . positional accuracy [9] . positioning devices [10] . out of alignment
این فایل ورد در 51 صفحه به خدمتتون ارئه میشود.