बंद-लूप स्टेपर मोटर्स आमतौर पर सर्वो द्वारा किए जाने वाले कार्यों के लिए सबसे अच्छा विकल्प हो सकता है क्योंकि पारंपरिक स्टेपर उन्हें संभाल नहीं सकते हैं।

किसी भी प्रकार की गति नियंत्रण प्रक्रिया को डिज़ाइन करते समय इंजीनियर जो अधिक महत्वपूर्ण निर्णय ले सकते हैं उनमें से एक है मोटर का चयन करना। प्रकार और आकार दोनों के संदर्भ में सही मोटर प्राप्त करना, अंतिम मशीन की परिचालन दक्षता के लिए अनिवार्य है। इसके अलावा, यह सुनिश्चित करना कि मोटर बजट न तोड़ दे, हमेशा प्राथमिक चिंता का विषय होता है।

निर्णय लेते समय उत्तर देने वाले पहले प्रश्नों में से एक यह है: किस प्रकार की मोटर सबसे अच्छी होगी? क्या एप्लिकेशन को उच्च-प्रदर्शन वाली सर्वो मोटर की आवश्यकता है? क्या कम लागत वाला स्टेपर बेहतर होगा? या हो सकता है कि विचार करने के लिए कोई तीसरा, बीच का विकल्प हो?

उत्तर विशिष्ट एप्लिकेशन की आवश्यकताओं से शुरू होते हैं। मोटर के प्रकार को निर्धारित करने से पहले कई कारकों पर ध्यान देना होगा जो किसी भी एप्लिकेशन के लिए आदर्श होंगे।

आवश्यकताएं

मोटर को प्रति मिनट कितने चक्र बनाने की आवश्यकता है? कितना टॉर्क चाहिए? अधिकतम गति की आवश्यकता क्या है?

इन महत्वपूर्ण प्रश्नों को केवल एक निश्चित अश्वशक्ति वाली मोटर चुनकर हल नहीं किया जा सकता है।

मोटर का पावर आउटपुट टॉर्क और गति का संयोजन है जिसकी गणना गति, टॉर्क और स्थिरांक के गुणन द्वारा की जा सकती है।

हालाँकि, इस गणना की प्रकृति के कारण, टॉर्क और गति के कई अलग-अलग संयोजन हैं जो एक विशिष्ट बिजली उत्पादन उत्पन्न करेंगे। इस प्रकार, समान पावर रेटिंग वाले विभिन्न मोटर गति और टॉर्क के संयोजन के कारण अलग-अलग तरीके से काम कर सकते हैं।

इंजीनियरों को आत्मविश्वास से सबसे अच्छा काम करने वाली मोटर चुनने से पहले यह जानना चाहिए कि एक निश्चित आकार के भार को कितनी तेजी से स्थानांतरित करने की आवश्यकता है। किया जा रहा कार्य भी मोटर के टॉर्क/गति वक्र के अंतर्गत आना चाहिए। यह वक्र दिखाता है कि ऑपरेशन के दौरान मोटर का टॉर्क कैसे बदलता है। "सबसे खराब स्थिति" मान्यताओं का उपयोग करते हुए (दूसरे शब्दों में, कार्य के लिए आवश्यक टॉर्क और गति की अधिकतम/न्यूनतम मात्रा का निर्धारण करना), इंजीनियर आश्वस्त हो सकते हैं कि चुनी गई मोटर में पर्याप्त टॉर्क/स्पीड वक्र है।

लोड की जड़ता एक अन्य कारक है जिसे मोटर चुनने की निर्णय लेने की प्रक्रिया में उतरने से पहले संबोधित किया जाना चाहिए। जड़त्व अनुपात की गणना की जानी चाहिए, जो लोड की जड़ता और मोटर की जड़ता के बीच तुलना है। अंगूठे का एक नियम कहता है कि यदि लोड की जड़ता रोटर की जड़ता से 10 गुना अधिक है, तो मोटर को ट्यून करना अधिक कठिन हो सकता है और प्रदर्शन प्रभावित हो सकता है। लेकिन यह नियम न केवल प्रौद्योगिकी से प्रौद्योगिकी तक, बल्कि आपूर्तिकर्ता से आपूर्तिकर्ता और यहां तक ​​कि उत्पाद से उत्पाद तक भिन्न होता है। कोई एप्लिकेशन कितना महत्वपूर्ण है इसका भी इस निर्णय पर प्रभाव पड़ेगा। कुछ उत्पाद 30-टू-1 अनुपात तक चलते हैं, जबकि डायरेक्ट ड्राइव 200-टू-1 तक चलते हैं। बहुत से लोग ऐसी मोटर का आकार पसंद नहीं करते जो 10-टू-1 अनुपात से अधिक हो।

अंत में, क्या ऐसी भौतिक सीमाएँ हैं जो एक निश्चित मोटर को दूसरे पर प्रतिबंधित करती हैं। मोटरें विभिन्न आकृतियों और आकारों में आती हैं। कुछ उदाहरणों में, मोटरें बड़ी और भारी होती हैं, और कुछ ऐसे ऑपरेशन होते हैं जिनमें एक निश्चित आकार की मोटर नहीं रखी जा सकती। सर्वोत्तम प्रकार की मोटर पर एक सूचित निर्णय लेने से पहले, इन भौतिक विशिष्टताओं को पहचाना और समझा जाना चाहिए।

एक बार जब इंजीनियर इन सभी सवालों का जवाब दे देते हैं - गति, टॉर्क, अश्वशक्ति, भार जड़ता और भौतिक सीमाएं - तो वे सबसे कुशल आकार की मोटर पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं। हालाँकि, निर्णय लेने की प्रक्रिया यहीं नहीं रुकती। इंजीनियरों को यह भी पता लगाना होगा कि किस प्रकार की मोटर एप्लिकेशन के लिए सबसे उपयुक्त है। वर्षों से, अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए प्रकार का विकल्प दो विकल्पों में से एक पर सिमट गया है: एक सर्वो मोटर या एक ओपन-लूप स्टेपर मोटर।

सर्वो और स्टेपर

सर्वो और ओपन-लूप स्टेपर मोटर्स के संचालन सिद्धांत समान हैं। हालाँकि, दोनों के बीच महत्वपूर्ण अंतर हैं जिन्हें इंजीनियरों को यह निर्णय लेने से पहले समझना चाहिए कि किसी दिए गए एप्लिकेशन के लिए कौन सी मोटर आदर्श है।

पारंपरिक सर्वो प्रणालियों में, एक नियंत्रक पल्स और दिशा या स्थिति, गति या टॉर्क से संबंधित एनालॉग कमांड के माध्यम से मोटर की ड्राइव पर कमांड भेजता है। कुछ नियंत्रण बस-आधारित पद्धति का उपयोग कर सकते हैं, जो नवीनतम नियंत्रणों में आम तौर पर ईथरनेट-आधारित संचार पद्धति है। फिर ड्राइव मोटर के प्रत्येक चरण में उचित करंट भेजता है। मोटर फीडबैक मोटर की ड्राइव और, यदि आवश्यक हो, नियंत्रक पर वापस घूमता है। मोटर को ठीक से चालू करने और मोटर शाफ्ट की गतिशील स्थिति के बारे में अच्छी जानकारी भेजने के लिए ड्राइव इस जानकारी पर निर्भर करती है। इसलिए, सर्वो मोटर्स को बंद-लूप मोटर्स माना जाता है और इसमें अंतर्निहित एनकोडर होते हैं, और स्थितीय डेटा अक्सर नियंत्रक को खिलाया जाता है। यह फीडबैक नियंत्रक को मोटर पर अधिक नियंत्रण देता है। यदि कोई चीज़ उस तरह से नहीं चल रही है जिस तरह से चलनी चाहिए, तो नियंत्रक अलग-अलग डिग्री में संचालन में समायोजन कर सकता है। इस प्रकार की महत्वपूर्ण जानकारी एक ऐसा लाभ है जो ओपन-लूप स्टेपर मोटर्स प्रदान नहीं कर सकती।

स्टेपर मोटरें दूरी और वेग को निर्धारित करने के लिए मोटर की ड्राइव पर भेजे गए आदेशों पर भी काम करती हैं। आमतौर पर, यह सिग्नल एक चरण-और-दिशा आदेश है। हालाँकि, ओपन-लूप स्टेपर ऑपरेटरों को फीडबैक नहीं दे सकते हैं, इसलिए उनके नियंत्रण किसी स्थिति का ठीक से आकलन नहीं कर सकते हैं और मोटर के संचालन में सुधार के लिए समायोजन नहीं कर सकते हैं।

उदाहरण के लिए, यदि किसी मोटर का टॉर्क भार को संभालने के लिए पर्याप्त नहीं है, तो मोटर रुक सकती है या कुछ चरणों से चूक सकती है। जब ऐसा होता है, तो लक्ष्य स्थिति प्रभावित नहीं होगी। स्टेपर मोटर की ओपन-लूप विशेषताओं को ध्यान में रखते हुए, यह गलत स्थिति नियंत्रक को पर्याप्त रूप से वापस रिले नहीं की जाएगी ताकि वह समायोजन कर सके।

ऐसा लगता है कि दक्षता और प्रदर्शन के मामले में सर्वो मोटर के स्पष्ट फायदे हैं, तो कोई स्टेपर मोटर क्यों चुनेगा? वहाँ के लिए बहुत कारण है। सबसे आम है कीमत; किसी भी डिज़ाइन निर्णय लेने में परिचालन बजट महत्वपूर्ण विचार हैं। जैसे-जैसे बजट सख्त होता जा रहा है, अनावश्यक लागतों में कटौती के लिए निर्णय लिए जाने चाहिए। यह न केवल मोटर की लागत को संदर्भित करता है, बल्कि सर्वो के विपरीत स्टेपर मोटर्स के लिए नियमित और आपातकालीन रखरखाव कम महंगा होता है। इसलिए, यदि सर्वो मोटर के लाभ इसकी लागत को उचित नहीं ठहराते हैं, तो एक मानक स्टेपर मोटर पर्याप्त हो सकती है।

विशुद्ध रूप से परिचालन के दृष्टिकोण से, मानक सर्वो मोटर्स की तुलना में स्टेपर मोटर्स का उपयोग करना काफी आसान है। स्टेपर मोटर को चलाना समझने में बहुत आसान और कॉन्फ़िगर करने में आसान है। अधिकांश कर्मी इस बात से सहमत होंगे कि यदि संचालन को अधिक जटिल बनाने का कोई कारण नहीं है, तो चीजों को सरल रखें।

दो अलग-अलग मोटर प्रकारों द्वारा दिए जाने वाले लाभ बहुत भिन्न हैं। यदि आपको 3,000 आरपीएम से अधिक गति और उच्च टॉर्क वाली मोटर की आवश्यकता है तो सर्वो मोटर्स आदर्श हैं। हालाँकि, ऐसे एप्लिकेशन के लिए जिसके लिए केवल कुछ सौ आरपीएम या उससे कम की गति की आवश्यकता होती है, एक सर्वो मोटर हमेशा सबसे अच्छा विकल्प नहीं होता है। कम गति वाले अनुप्रयोगों के लिए सर्वो मोटरें अत्यधिक उपयोगी हो सकती हैं।

कम गति वाले अनुप्रयोग ऐसे होते हैं जहां स्टेपर मोटर्स सर्वोत्तम संभव समाधान के रूप में चमकते हैं। जब रुकने की बात आती है तो स्टेपर मोटरें न केवल दोहराई जा सकती हैं, बल्कि उच्च टॉर्क प्रदान करते हुए कम गति पर चलने के लिए भी डिज़ाइन की गई हैं। इस डिज़ाइन की प्रकृति से, स्टेपर मोटर्स को नियंत्रित किया जा सकता है और उनकी वेग सीमा तक चलाया जा सकता है। सामान्य स्टेपर मोटर्स की वेग सीमा आमतौर पर 1,000 आरपीएम से कम होती है, जबकि सर्वो मोटर्स की गति 3,000 आरपीएम और उससे अधिक हो सकती है - कभी-कभी 7,000 आरपीएम से भी अधिक।

यदि स्टेपर का आकार सही है, तो यह सही विकल्प हो सकता है। हालाँकि, जब एक स्टेपर मोटर ओपन-लूप कॉन्फ़िगरेशन पर चल रही होती है और कुछ गलत हो जाता है, तो ऑपरेटरों को समस्या को ठीक करने के लिए आवश्यक सभी डेटा नहीं मिल पाते हैं।

ओपन-लूप समस्या का समाधान

पिछले कुछ दशकों में, ओपन-लूप स्टेपर्स के साथ पारंपरिक समस्याओं को हल करने के लिए कई अलग-अलग दृष्टिकोण पेश किए गए हैं। पावर-अप पर, या यहां तक ​​कि किसी एप्लिकेशन के दौरान कई बार मोटर को सेंसर में होम करना एक तरीका था। हालांकि सरल, यह संचालन को धीमा कर देता है और सामान्य संचालन प्रक्रियाओं के दौरान उत्पन्न होने वाली समस्याओं को पकड़ नहीं पाता है।

यह पता लगाने के लिए फीडबैक जोड़ना कि मोटर रुक रही है या अपनी स्थिति से बाहर है, एक और तरीका है। गति नियंत्रण कंपनियों के इंजीनियरों ने "स्टॉल डिटेक्शन" और "पोजीशन मेंटेनेंस" सुविधाएँ बनाईं। यहां तक ​​कि कुछ दृष्टिकोण और भी आगे बढ़ रहे हैं जो स्टेपर मोटर्स को सर्वो की तरह मानते हैं, या कम से कम फैंसी एल्गोरिदम के साथ उनकी नकल करते हैं।

मोटरों के विशाल स्पेक्ट्रम में - सर्वो और ओपन-लूप स्टेपर मोटरों के बीच - कुछ हद तक नई तकनीक निहित है जिसे बंद-लूप स्टेपर मोटर के रूप में जाना जाता है। यह उन अनुप्रयोगों की समस्या को हल करने का सबसे अच्छा और सबसे लागत-सचेत तरीका है जिनके लिए स्थितिगत सटीकता और कम गति की आवश्यकता होती है। लूप को बंद करने के लिए उच्च-रिज़ॉल्यूशन फीडबैक डिवाइस लागू करके, इंजीनियर "दोनों दुनिया के सर्वश्रेष्ठ" का आनंद ले सकते हैं।

बंद-लूप स्टेपर मोटर्स स्टेपर मोटर्स के सभी फायदे प्रदान करते हैं: उपयोग में आसानी, सरलता, और सटीक रोक के साथ कम गति में लगातार चलने की क्षमता। साथ ही, वे अभी भी सर्वो मोटर्स जैसी फीडबैक क्षमताएं प्रदान करते हैं। सौभाग्य से, यह सर्वो के सबसे बड़े नुकसान के साथ नहीं आता है: बड़ा मूल्य टैग।

ओपन-लूप स्टेपर मोटर्स के काम करने के तरीके में कुंजी हमेशा से रही है। उनमें आम तौर पर दो कुंडलियाँ होती हैं, कभी-कभी पाँच, जिनके बीच एक चुंबकीय संतुलन क्रिया चलती रहती है। गति इस संतुलन को बिगाड़ देती है, जिससे मोटर का शाफ्ट विद्युत रूप से पीछे गिर जाता है, लेकिन ऑपरेटर को यह पता नहीं चल पाता है कि वह कितनी दूर तक पीछे गिरता है। स्टॉपिंग पॉइंट ओपन-लूप स्टेपर्स के लिए दोहराए जाने योग्य है, लेकिन सभी लोड के लिए नहीं। स्टेपर पर एक एनकोडर लगाने और इसे एक बंद लूप बनाने से कुछ गतिशील नियंत्रण मिलता है। इससे ऑपरेटरों को अलग-अलग भार के तहत एक सटीक स्थान पर रुकने की सुविधा मिलती है।

कुछ अनुप्रयोगों के लिए बंद-लूप स्टेपर मोटर्स का उपयोग करने से होने वाले इन लाभों ने गति-नियंत्रण समुदाय में इन मोटर्स की लोकप्रियता में तेजी से वृद्धि की है। विशेष रूप से, दो अधिक प्रमुख उद्योगों, सेमीकंडक्टर और चिकित्सा उपकरण निर्माताओं में, बंद-लूप स्टेपर मोटर्स के उपयोग में स्पष्ट वृद्धि हुई है। इन उद्योगों में इंजीनियरों को ठीक से पता होना चाहिए कि मोटरों ने लोड या एक्चुएटर्स को कहाँ रखा है, चाहे वह बेल्ट या बॉल स्क्रू को पावर देता हो। इन स्टेपर्स में बंद-लूप फीडबैक से उन्हें पता चलता है कि यह कहां है। ये स्टेपर कम गति पर सर्वो की तुलना में बेहतर प्रदर्शन भी प्रदान कर सकते हैं।

आम तौर पर, कोई भी एप्लिकेशन जिसे सर्वो मोटर की तुलना में कम लागत पर गारंटीकृत प्रदर्शन की आवश्यकता होती है, और अपेक्षाकृत कम गति पर चलने की क्षमता बंद-लूप स्टेपर मोटर्स के लिए एक अच्छा उम्मीदवार है।

ध्यान रखें, ऑपरेटरों को यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता है कि ड्राइव या नियंत्रण बंद-लूप स्टेपर मोटर्स का समर्थन करते हैं। ऐतिहासिक रूप से, आप इसके पीछे एक एनकोडर के साथ एक स्टेपर प्राप्त कर सकते हैं, लेकिन ड्राइव एक मानक स्टेपर ड्राइव थी और एनकोडर का समर्थन नहीं करती थी। एन्कोडर को नियंत्रक के पास वापस ले जाने की आवश्यकता होगी और किसी दिए गए कदम के अंत में स्थिति सत्यापन लागू करने की आवश्यकता होगी। नए बंद-लूप स्टेपर ड्राइव के साथ इसकी आवश्यकता नहीं है। बंद-लूप स्टेपर ड्राइव नियंत्रकों को शामिल किए बिना गतिशील रूप से और स्वचालित रूप से स्थिति और गति नियंत्रण को संभाल सकते हैं।