स्टेपर मोटर कई गति और स्थिति नियंत्रण अनुप्रयोगों के लिए एक बेहतरीन विकल्प हैं। ये विभिन्न आकारों और टॉर्क रेटिंग में उपलब्ध हैं और उच्च-स्तरीय सर्वोमोटर्स की तुलना में काफ़ी कम खर्चीले हैं। तो, आइए फीडबैक उपकरणों को जोड़कर स्टेपर मोटर के प्रदर्शन को सर्वोमोटर्स के बराबर बढ़ाने के तरीकों पर चर्चा करें। फीडबैक से लैस स्टेपर मोटर सर्वोमोटर्स का पूर्ण विकल्प नहीं हैं, लेकिन ये कई वास्तविक अनुप्रयोगों के लिए एक विश्वसनीय विकल्प प्रदान कर सकते हैं। ये गति-डिज़ाइन समाधान बिना ज़्यादा खर्च किए मशीन के प्रदर्शन को बेहतर बनाते हैं।

स्टेपर-मोटर के लाभ और कमियां

स्टेपर मोटर ब्रशलेस डीसी इलेक्ट्रिक मोटर होते हैं जो निरंतर व्यापक घूर्णी गति के बजाय असतत चरणों में चलते हैं। ये चरण गतियाँ स्टेटर में विद्युत चुम्बकीय कुंडलियों के सेट द्वारा चुंबकीय क्षेत्र में बदलाव द्वारा संचालित होती हैं। स्टेपर मोटर का संचालन एक पर निर्भर करता है।नियंत्रक— एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण जो मोटर के स्टेटर कॉइल्स को एक क्रम में धारा प्रदान करता है जिससे चरणबद्ध गति संचालित होती है। नियंत्रक की क्षमताओं का मोटर के प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

स्टेपर मोटर कई प्रकार के उपलब्ध हैं, लेकिन सबसे आम प्रकार अच्छे रिज़ॉल्यूशन (200 चरण प्रति चक्कर या उससे बेहतर) के साथ-साथ सम्मानजनक कम-गति टॉर्क, मज़बूत निर्माण, लंबी सेवा जीवन और अपेक्षाकृत कम लागत प्रदान करते हैं। हालाँकि, उनकी सीमाएँ भी हैं। उच्च घूर्णन गति पर टॉर्क आउटपुट कम हो जाता है और (साधारण नियंत्रकों के साथ) स्टेपर मोटर रिंगिंग - उच्च-आवृत्ति कंपन - के अधीन हो सकते हैं। सबसे बड़ी कमी यह है कि पोजिशनिंग अनुप्रयोगों में भी, बुनियादी स्टेपर-मोटर प्रणालियाँ ओपन-लूप नियंत्रण के तहत काम करती हैं।

स्टेपर मोटर नियंत्रक के निर्देशों पर एक निश्चित संख्या में कदम उठाने का जवाब देते हैं — लेकिन नियंत्रक को इस बारे में कोई प्रतिक्रिया नहीं देते कि यह गति पूरी हुई है या नहीं। इसलिए, यदि मोटर अनुरोधित चरण गतियों को पूरा करने में विफल रहती है, तो नियंत्रक द्वारा बताए गए चरणों के बीच एक बढ़ती हुई विसंगति उत्पन्न हो सकती है।मान लिया गया हैमोटर शाफ्ट की घूर्णन स्थिति औरसत्यशाफ्ट की स्थिति (और किसी भी संलग्न भार या संचालित तंत्र) के आधार पर। ऐसे बेमेल तब होते हैं जब मोटर का टॉर्क यांत्रिक प्रतिरोध को पार करने के लिए अपर्याप्त होता है... और वास्तव में, ये बेमेल उच्च आरपीएम पर एक गंभीर समस्या बन सकते हैं, क्योंकि उस समय मोटर की टॉर्क-आउटपुट क्षमताएँ सीमित होती हैं। यही कारण है कि डिज़ाइन इंजीनियर अक्सर स्टेपर मोटर्स को ज़रूरत से ज़्यादा निर्दिष्ट करते हैं - छूटे हुए स्टेप्स से बचने के लिए, भले ही इससे स्टेपर-मोटर का चयन सबसे ज़्यादा मांग वाले मोशन प्रोफाइल को छोड़कर बाकी सभी के लिए बहुत बड़ा और भारी हो।

एक और कमी यह है कि जब पारंपरिक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली स्टेपर मोटर रुकती है, तो स्टेपर मोटर शाफ्ट को अपनी स्थिति में बनाए रखने के लिए मोटर वाइंडिंग से होकर धारा प्रवाहित होनी चाहिए। इससे विद्युत शक्ति की खपत होती है और मोटर वाइंडिंग और आसपास के उप-घटक गर्म हो जाते हैं।

विश्वसनीय स्थिति निर्धारण के लिए स्टेपर-मोटर प्रणालियों पर प्रतिक्रिया

शाफ्ट-पोज़िशन फ़ीडबैक प्राप्त करने के लिए स्टेपर-मोटर सिस्टम में एनकोडर जोड़ने से नियंत्रण लूप अनिवार्य रूप से बंद हो जाता है। इन फ़ीडबैक उपकरणों को जोड़ने से सिस्टम की कुल लागत बढ़ जाती है, लेकिन सर्वोमोटर पर स्विच करने जितनी नहीं।

एनकोडर फीडबैक जोड़ने का एक तरीका यह है किस्थानांतरित करें और सत्यापित करेंमोड। इस स्थिति में, स्टेपर मोटर के टेल शाफ्ट में एक साधारण वृद्धिशील एनकोडर जोड़ा जाता है। फिर जब नियंत्रक मोटर को चरण आदेश जारी करता है, तो एनकोडर नियंत्रक को लगातार यह सत्यापित करता है कि आदेशित गतियाँ हुई हैं। यदि मोटर अनुरोधित चरणों की संख्या पूरी नहीं कर पाती है, तो नियंत्रक तब तक और चरणों का अनुरोध कर सकता है जब तक कि मोटर इच्छित स्थिति तक नहीं पहुँच जाती। अधिक परिष्कृत नियंत्रक उन अतिरिक्त चरणों को पूरा करने के लिए टॉर्क बढ़ाने के तरीके के रूप में मोटर में फेज करंट भी बढ़ाते हैं।

ऐसे मूव-एंड-वेरीफाई सेटअप में प्रयुक्त एनकोडर्स में आमतौर पर ऐसे रिजोल्यूशन होते हैं जो प्रति चक्कर 200 स्थितियों के गुणज में होते हैं।

ध्यान दें कि मूव-एंड-वेरीफाई मोड का उपयोग करने वाले सेटअपों को अभी भी बड़े आकार के मोटर्स को शामिल करने से लाभ हो सकता है, लेकिन सरल ओपन-लूप सिस्टम द्वारा आवश्यक सीमा तक बड़े आकार का नहीं।

यह भी ध्यान रखें कि यह मोड बुद्धिमान नियंत्रकों को मोटर में होल्डिंग धाराओं को ठीक करने में मदद कर सकता है, जिससे रुकने के दौरान दक्षता में मामूली सुधार होता है ... हालांकि कुल मिलाकर ऊर्जा की खपत अभी भी अधिक होती है।

निरपेक्ष एनकोडर के साथ बंद-लूप स्टेपर नियंत्रण

महत्वपूर्ण स्थिति-नियंत्रण अनुप्रयोगों के लिए एक और अधिक परिष्कृत विकल्प मल्टीटर्न एब्सोल्यूट एनकोडर का उपयोग करके पूर्ण क्लोज्ड-लूप नियंत्रण है। यहाँ प्रयुक्त एनकोडर, स्टेपर मोटर के टेल शाफ्ट से जुड़कर निगरानी करते हैं:

1. स्टेपर मोटर की कोणीय स्थिति और साथ ही
2. स्टेपर मोटर के पूर्ण घुमावों की संख्या।

इस विन्यास में, स्टेपर मोटर को उच्च-ध्रुव-गणना वाले ब्रशलेस डीसी (बीएलडीसी) मोटर की तरह नियंत्रित किया जाता है... और एनकोडर नियंत्रक को लगातार स्थिति का फीडबैक देता रहता है। मोटर को आपूर्ति की जाने वाली होल्डिंग धारा को एक निश्चित स्थिति सहनशीलता के भीतर स्थिति बनाए रखने के लिए आवश्यक मात्रा के अनुसार समायोजित किया जाता है। ब्रशलेस सर्वो मोटर की तरह नियंत्रित स्टेपर मोटर, ऊर्जा कुशल होती है और एक वास्तविक बीएलडीसी सर्वोमोटर की तुलना में कम खर्चीली होती है। तो, सभी बीएलडीसी सर्वो अनुप्रयोगों के लिए कम लागत वाली स्टेपर मोटर का उपयोग क्यों न किया जाए?

खैर, क्लोज्ड-लूप सर्वो सिस्टम में इस्तेमाल होने वाले स्टेपर मोटर्स में एक भौतिक सीमा होती है जो असली BLDC सर्वोमोटर्स में नहीं पाई जाती। ज़्यादा सटीक तौर पर, इस तरह से संचालित स्टेपर मोटर्स मूलतः 50-पोल ब्रशलेस मोटर्स की तरह काम करते हैं, इसलिए वे सर्वोमोटर्स के साथ संभव आरपीएम हासिल नहीं कर सकते। इसके अलावा, स्टेपर-मोटर रोटर्स का जड़त्व समान शक्ति वाले असली BLDC सर्वोमोटर्स की तुलना में ज़्यादा होता है... इसलिए वे समान त्वरण प्रदान नहीं कर सकते।

जब स्टेपर मोटर का उपयोग बीएलडीसी मोड में किया जाता है, तो एनकोडर एक महत्वपूर्ण कार्य करता हैविनिमयभूमिका — मोटर शाफ्ट की सटीक घूर्णन स्थिति की रिपोर्ट करना... जिससे नियंत्रक आवश्यकतानुसार निरंतर घूर्णन के लिए स्टेटर विद्युत चुम्बकों के उपयुक्त सेट को सक्रिय कर सकता है। इसके अलावा, सटीक निरपेक्ष एनकोडर उन्नत माइक्रोस्टेपिंग नियंत्रकों को चरण धारा को ठीक करने में भी मदद कर सकते हैं ताकि अधिक बुनियादी स्टेपर-मोटर प्रणालियों में होने वाली रिंगिंग (कंपन) को कम किया जा सके।