دو نوع سیم پیچی جهت هسته‌های مغناطیس استپ موتورهای دو فاز وجود دارد: تک قطبی و دوقطبی.

یکی دیگر از ویژگی های موتور که بر کنترل نیز تأثیر می گذارد، تنظیم سیم پیچ های استاتور است که نحوه تغییر جهت جریان را تعیین می کند.

برای دستیابی به حرکت روتور، نه تنها باید به سیم پیچ ها انرژی داد، بلکه باید جهت جریان را نیز کنترل کرد، که جهت میدان مغناطیسی تولید شده توسط خود سیم پیچ را تعیین می کند (شکل 1 را ببینید). در موتورهای پله ای موضوع کنترل جهت جریان با دو رویکرد متفاوت حل می شود.

جهت میدان مغناطیسی براساس جهت جریان هسته شکل می گیرد

شکل1:جهت میدان مغناطیسی براساس جهت جریان هسته شکل می گیرد

در موتورهای پله ای تک قطبی، یکی از سیم ها به نقطه مرکزی سیم پیچ متصل می شود (شکل 2 را ببینید). این اجازه می دهد تا جهت جریان را با استفاده از مدار و اجزای نسبتا ساده کنترل کنید. سیم مرکزی (AM) به VIN ولتاژ ورودی متصل است (شکل 1 را ببینید).

اگر ماسفت 1 فعال باشد، جریان از AM به A+ می رود. اگر ماسفت 2 فعال باشد، جریان از AM به A- جاری می شود و میدان مغناطیسی در جهت مخالف ایجاد می کند.

همانطور که در بالا اشاره شد، این رویکرد اجازه می دهد تا یک مدار درایور ساده تر (فقط با استفاده از دو نیمه هادی) ساخت اما میدان مغناطیسی ایجاد شده نصف مقداری است که در تمام مس در ساختار موتور ایجاد می شود. علاوه بر این، ساخت این موتورها دشوارتر است، زیرا باید سرسیم های بیشتری به عنوان ورودی موتور در دسترس باشند.

شکل 2

موتورهای پله ای دوقطبی

در موتورهای پله ای دوقطبی، هر سیم پیچ فقط دو سر در دسترس دارد و برای کنترل جهت باید از پل H استفاده شود (شکل 3 را ببینید). همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، اگر ماسفت های 1 و 4 فعال باشند، جریان از A+ به A- جریان می یابد، در حالی که اگر ماسفت های 2 و 3 فعال باشند، جریان از A- به A+ می گذرد و یک میدان مغناطیسی در جهت مخالف ایجاد می کند.

این روش به مدار درایور پیچیده تری نیاز دارد، اما به موتور اجازه می دهد تا حداکثر گشتاور را برای مقدار مسی که استفاده می شود، به دست آورد.

شکل3.مدار درایور موتور استپر دوقطبی

شکل3:مدار درایور موتور استپر دوقطبی

با پیشرفت تکنولوژی، مزایای پله تک قطبی کمتر به کار می رود و پله های دوقطبی در حال حاضر محبوب ترین هستند.

چهار تکنیک مختلف کنترل برای استپ موتور وجود دارد:

1- استپ های حالت موجی

در حالت موجی، هر بار فقط یک فاز انرژی می‌گیرد (شکل 4 را ببینید). برای سادگی، می گوییم که اگر جریان از سیم + به سیم- یک فاز (مثلاً از A+ به A-) در جهت مثبت حرکت میکند در غیر این صورت، جهت منفی است. با شروع از سمت چپ، جریان فقط در فاز A در جهت مثبت جریان دارد و روتور، که با یک آهنربا نشان داده می شود، با میدان مغناطیسی تولید شده توسط آن همسو می شود.

در مرحله بعد، فقط در فاز B در جهت مثبت جریان می یابد و روتور 90 درجه در جهت عقربه های ساعت می چرخد تا با میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط فاز B همسو شود.

بعداً فاز A دوباره انرژی می گیرد، اما جریان در جهت منفی جریان می یابد. و روتور دوباره 90 درجه می چرخد. در مرحله آخر، جریان در فاز B منفی می شود و روتور دوباره 90 درجه می چرخد.

شکل 4. استپ های حالت موجی

شکل 4. استپ های حالت موجی

2- حالت تمام پله

در حالت تمام پله، دو فاز همیشه به طور همزمان برقرار می شوند. شکل 5 مراحل مختلف این حالت درایور را نشان می دهد. مراحل مشابه حالت موجی هستند، مهمترین تفاوت این است که با این حالت، موتور قادر است گشتاور بیشتری تولید کند زیرا جریان بیشتری در موتور جریان دارد و میدان مغناطیسی قوی تری ایجاد می شود.

شکل5:مراحل تمام پله

شکل5:مراحل تمام پله

3- حالت نیم پله

حالت نیم پله ترکیبی از حالت های موجی و تمام مرحله ای است (شکل 6 را ببینید). با استفاده از این ترکیب، اندازه گام به نصف کاهش می یابد (در این حالت به جای 90 درجه، 45 درجه).

تنها عیب این روش این است که گشتاور تولید شده توسط موتور ثابت نیست، زیرا زمانی که هر دو فاز انرژی دارند، گشتاور بیشتر و زمانی که فقط یک فاز برق می‌زند، گشتاور ضعیف‌تر است.

شکل6.مراحل حالت نیم پله

شکل6.مراحل حالت نیم پله

4- میکرو استپینگ

میکرو استپینگ را می‌توان به ‌عنوان راهکار بهبود برای حالت نیمه پله در نظر گرفت، زیرا این امکان را به شما می‌دهد تا اندازه پله را بیشتر کاهش دهید و گشتاور خروجی ثابتی داشته باشید. این امر با کنترل شدت جریان در هر فاز حاصل می شود.

استفاده از این حالت نیاز به درایور موتور پیچیده تری نسبت به راه حل های قبلی دارد. شکل7 نحوه عملکرد میکرواستپینگ را نشان می دهد.

IMAX حداکثر جریانی است که می تواند در یک فاز جریان یابد، از سمت چپ شروع می شود، در شکل اول IA = IMAX و IB = 0. در مرحله بعد، جریان ها برای رسیدن به IA = 0.92 x IMAX و  IMAX x IB = 0.38 کنترل می شوند؛ که یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند که در مقایسه با قبلی 22.5 درجه در جهت عقربه های ساعت می چرخد.

این مرحله با مقادیر جریان مختلف تکرار می شود تا به موقعیت های 45 درجه، 67.5 درجه و 90 درجه برسد. این قابلیت کاهش نصف اندازه پله را در مقایسه با حالت نیمه مرحله ای فراهم می کند، اما می توان حتی فراتر رفت.

استفاده از میکرواستپینگ جهت دستیابی به وضوح موقعیت بسیار بالا کمک می کند، اما این مزیت منجر به ساخت یک دستگاه پیچیده تر برای کنترل موتور و گشتاور کمتر تولید شده در هر مرحله است.

در واقع، گشتاور متناسب با سینوس زاویه بین میدان مغناطیسی استاتور و میدان مغناطیسی روتور است. بنابراین، هنگامی که پله ها کوچکتر هستند، گشتاور کوچکتر است. این روش ممکن است منجر به از دست دادن برخی از مراحل شود، به این معنی که موقعیت روتور تغییر نمی کند حتی اگر جریان در سیم پیچ استاتور تغییر کند.

شکل 7:میکرواستپینگ

شکل 7:میکرواستپینگ

منبع:MPS