المحرك الخطوى بنيته والتحكم به ترجمة و اعداد مهندس عمار عريان

المحرّك الخَطَوي: بنيته وآلية التحكم به

مقدمة

في عالم الأتمتة والتحكم الصناعي، يُعدُّ المحرّك الخَطَوي (Stepper Motor) من العناصر الحيوية التي تُستخدم في التطبيقات التي تتطلب دقة عالية في الحركة والتحكم. يتميز هذا النوع من المحركات بقدرته على التحرك بخطوات محددة مسبقًا، ما يجعله مثاليًا في الطابعات، والروبوتات، وآلات CNC، وغيرها من الأنظمة التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في الموضع.

أولًا: ما هو المحرك الخطوي؟

المحرّك الخطوي هو نوع من المحركات الكهربائية التي تتحرك في خطوات زاويّة ثابتة بدلًا من الدوران المستمر. يُقسم دورانه إلى عدد محدد من “الخطوات”، وكل خطوة تمثل زاوية دوران صغيرة.

بمعنى آخر: يمكن جعله يتحرك بمقدار زاوية معينة في كل نبضة كهربائية، مما يعطي تحكمًا عالي الدقة في الموقع دون الحاجة إلى مستشعرات تغذية راجعة (في الأنظمة المفتوحة).

ثانيًا: بنية المحرك الخطوي

يتكوّن المحرّك الخطوي من الأجزاء الرئيسية التالية:

1. العضو الثابت (Stator): يحتوي على ملفات مغناطيسية تُغذى بالتيار الكهربائي لتكوين مجالات مغناطيسية متناوبة.

2. العضو الدوّار (Rotor): إما أن يكون مغناطيسًا دائمًا أو مصنوعًا من مادة مغناطيسية قابلة للاستقطاب.

3. أقطاب متعددة: تسمح بتوليد نبضات كهربائية تتحكم في اتجاه وعدد خطوات المحرك.

ثالثًا: أنواع المحركات الخطوية

هناك ثلاثة أنواع رئيسية:

1. المحرك ذو المغناطيس الدائم (PM Stepper): يستخدم مغناطيسًا دائمًا في العضو الدوّار.

2. المحرك المتغير الممانعة (VR Stepper): يعتمد على تصميم دوار له أسنان معدنية بدون مغناطيس.

3. المحرك الهجين (Hybrid Stepper): يجمع بين خصائص النوعين السابقين ويُعدّ الأكثر استخدامًا في التطبيقات الدقيقة.

رابعًا: التحكم بالمحرّك الخطوي

التحكم بالمحرّك الخطوي يتم عن طريق إرسال نبضات كهربائية إلى ملفاته بترتيب معين. لكل نبضة تنتقل إلى الملف المناسب، يتحرك المحرك خطوة واحدة.

أنماط التحكم تشمل:

1. التحكم الكامل بالخطوة (Full Step): يتحرك المحرك خطوة كاملة في كل نبضة.

2. نصف الخطوة (Half Step): يضاعف عدد النبضات ويزيد الدقة إلى الضعف.

3. التحكم الدقيق (Microstepping): يتم التحكم فيه بدقة عالية جدًا، وهو مفيد في التطبيقات الدقيقة مثل الطابعات ثلاثية الأبعاد.

يُستخدم في التحكم به دوائر إلكترونية مثل:

• Drivers مثل A4988 أو DRV8825

• وحدات تحكم مثل Arduino أو Raspberry Pi

خامسًا: مميزات المحرك الخطوي

• تحكم دقيق بالموقع

• لا حاجة إلى مستشعرات موضعية

• سهولة الاستخدام في أنظمة التحكم

• مناسب للأنظمة منخفضة السرعة وعالية العزم

سادسًا: التطبيقات العملية

• الطابعات بأنواعها

• آلات الحفر والرسم CNC

• الذراع الروبوتية

• الكاميرات الاحترافية لتدوير العدسات

• أنظمة الجر الصغيرة الدقيقة

خاتمة

يُعدّ المحرّك الخطوي عنصرًا بالغ الأهمية في أنظمة التحكم الدقيقة، لما يوفره من تحكم سهل وفعال في الحركة. وفهم بنيته وآلية عمله هو أساسٌ ضروري لكل من يعمل في مجالات الإلكترونيات والروبوتات والميكاترونيكس.

حمل كتاب المحرك الخطوى بنيته والتحكم به ترجمة و اعداد مهندس عمار عريان