बंद लूप स्टेपर मोटर, सर्वो द्वारा आमतौर पर किए जाने वाले कार्यों के लिए सर्वोत्तम विकल्प हो सकते हैं, क्योंकि पारंपरिक स्टेपर मोटर उन्हें संभाल नहीं पाते।

किसी भी प्रकार की गति नियंत्रण प्रक्रिया को डिजाइन करते समय इंजीनियर जो सबसे महत्वपूर्ण निर्णय ले सकते हैं, उनमें से एक मोटर का चयन करना है। 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 को तोड़ न दे, हमेशा एक प्राथमिक चिंता का विषय होता है।

निर्णय लेने में सबसे पहले पूछे जाने वाले प्रश्नों में से एक यह है: किस प्रकार की मोटर सबसे अच्छी होगी? क्या इस एप्लिकेशन के लिए उच्च-प्रदर्शन सर्वो मोटर की आवश्यकता है? क्या कम लागत वाला स्टेपर बेहतर होगा? या शायद कोई तीसरा, मध्यम-मार्ग विकल्प भी हो सकता है जिस पर विचार किया जा सके?

जवाब विशिष्ट अनुप्रयोग की ज़रूरतों से शुरू होते हैं। किसी भी दिए गए अनुप्रयोग के लिए आदर्श मोटर के प्रकार का निर्धारण करने से पहले कई कारकों पर विचार करना होता है।

आवश्यकताएं

मोटर को प्रति मिनट कितने चक्कर लगाने की ज़रूरत है? कितना टॉर्क चाहिए? अधिकतम गति कितनी होनी चाहिए?

इन महत्वपूर्ण प्रश्नों का समाधान केवल एक निश्चित अश्वशक्ति वाली मोटर का चयन करके नहीं किया जा सकता।

किसी मोटर का पावर आउटपुट टॉर्क और गति का संयोजन होता है जिसकी गणना गति, टॉर्क और एक 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 पावर आउटपुट प्रदान करेंगे। इस प्रकार, समान पावर रेटिंग वाली विभिन्न मोटरें उनके द्वारा प्रदान की जाने वाली गति और टॉर्क के संयोजन के कारण अलग-अलग तरीके से काम कर सकती हैं।

इंजीनियरों को यह पता होना चाहिए कि किसी निश्चित आकार के लोड को कितनी तेजी से आगे बढ़ाना है, तभी वे आत्मविश्वास से एक मोटर चुन सकते हैं जो सबसे अच्छा काम करेगी। किया जा रहा काम भी मोटर के टॉर्क/स्पीड कर्व के अंतर्गत आना चाहिए। यह कर्व दिखाता है कि ऑपरेशन के दौरान मोटर का टॉर्क कैसे बदलता है। "सबसे खराब स्थिति" की धारणाओं का उपयोग करके (दूसरे शब्दों में, काम के लिए आवश्यक टॉर्क और गति की अधिकतम/न्यूनतम मात्रा निर्धारित करना), इंजीनियर आश्वस्त हो सकते हैं कि चुनी गई मोटर में पर्याप्त टॉर्क/स्पीड कर्व है।

लोड की जड़ता एक और कारक है जिसे मोटर चुनने की निर्णय लेने की प्रक्रिया में गोता लगाने से पहले संबोधित किया जाना चाहिए। जड़ता 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 में भिन्न होता है, बल्कि आपूर्तिकर्ता से आपूर्तिकर्ता और यहां तक ​​​​कि उत्पाद से उत्पाद में भी भिन्न होता है। कोई एप्लिकेशन कितना महत्वपूर्ण है, यह भी इस निर्णय को प्रभावित करेगा। कुछ उत्पाद 30-से-1 अनुपात तक संभालते हैं, जबकि प्रत्यक्ष ड्राइव 200-से-1 तक चलते हैं। बहुत से लोग 10-से-1 अनुपात से अधिक मोटर का आकार पसंद नहीं करते हैं।

अंत में, क्या ऐसी भौतिक सीमाएँ हैं जो एक निश्चित मोटर को दूसरे पर प्रतिबंधित करती हैं। मोटर अलग-अलग आकार और साइज़ में आती हैं। कुछ मामलों में, मोटर बड़ी और भारी होती हैं, और कुछ ऐसे ऑपरेशन होते हैं जो एक निश्चित आकार की मोटर को समायोजित नहीं कर सकते। सबसे अच्छे 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 के जवाब दे देते हैं - गति, टॉर्क, हॉर्सपावर, लोड जड़ता और भौतिक सीमाएँ - 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 चाहिए कि किस प्रकार की मोटर अनुप्रयोग के लिए सबसे उपयुक्त है। वर्षों से, अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए प्रकार का चुनाव दो विकल्पों में से एक पर निर्भर करता है: एक सर्वो मोटर या एक ओपन-लूप स्टेपर मोटर।

सर्वो और स्टेपर्स

सर्वो और ओपन-लूप स्टेपर मोटर के संचालन सिद्धांत समान हैं। हालाँकि, दोनों के बीच कुछ मुख्य अंतर हैं जिन्हें इंजीनियरों को यह तय करने से पहले समझना चाहिए कि कौन सी मोटर किसी दिए गए अनुप्रयोग के लिए आदर्श है।

पारंपरिक सर्वो सिस्टम में, एक नियंत्रक पल्स और दिशा या स्थिति, गति या टॉर्क से संबंधित एनालॉग कमांड के माध्यम से मोटर के ड्राइव को कमांड भेजता है। कुछ नियंत्रण बस-आधारित विधि का उपयोग कर सकते हैं, जो नवीनतम नियंत्रणों में आम तौर पर एक ईथरनेट-आधारित संचार विधि है। फिर ड्राइव मोटर के प्रत्येक चरण में उचित करंट भेजता है। मोटर फीडबैक मोटर के ड्राइव और, यदि आवश्यक हो, तो नियंत्रक को वापस भेजता है। ड्राइव मोटर को ठीक से कम्यूट करने और मोटर शाफ्ट की गतिशील स्थिति के बारे में अच्छी जानकारी भेजने के लिए इस जानकारी पर निर्भर करता है। इसलिए, सर्वो मोटर्स को क्लोज्ड-लूप मोटर्स माना जाता है और इसमें बिल्ट-इन एनकोडर होते हैं, और स्थिति संबंधी डेटा अक्सर नियंत्रक को खिलाया जाता है। यह फीडबैक नियंत्रक को मोटर पर अधिक नियंत्रण देता है। यदि कोई चीज उस तरह से नहीं चल रही है जिस तरह से उसे चलना 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 सकता है।

स्टेपर मोटर भी मोटर के ड्राइव को भेजी गई कमांड पर काम करते हैं, जो तय की गई दूरी और वेग को निर्धारित करते हैं। आमतौर पर, यह सिग्नल एक कदम और दिशा कमांड होता 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 को बेहतर बनाने के लिए समायोजन नहीं कर सकते हैं।

उदाहरण के लिए, यदि मोटर का टॉर्क लोड को संभालने के लिए पर्याप्त नहीं है, तो मोटर रुक सकती है या कुछ चरणों को छोड़ सकती है। जब ऐसा होता है, तो लक्ष्य स्थिति हिट 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 सर्वो मोटर में दक्षता और प्रदर्शन के मामले में स्पष्ट लाभ हैं, तो कोई स्टेपर मोटर क्यों चुनेगा? इसके दो कारण हैं। सबसे आम कारण है कीमत; किसी भी डिज़ाइन निर्णय को लेने में परिचालन बजट महत्वपूर्ण विचार हैं। जैसे-जैसे बजट कम होता जाता है, अनावश्यक लागतों को कम करने के लिए निर्णय लिए जाने चाहिए। यह न केवल मोटर की लागत को संदर्भित करता है, बल्कि सर्वो के विपरीत स्टेपर मोटर के लिए नियमित और आपातकालीन रखरखाव कम खर्चीला 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, स्टेपर मोटर मानक सर्वो मोटर की तुलना में उपयोग में काफी आसान हैं। स्टेपर मोटर का संचालन समझना और कॉन्फ़िगर करना बहुत आसान है। अधिकांश कर्मचारी 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 अलग हैं। यदि आपको 3,000 आरपीएम से अधिक गति और उच्च टॉर्क वाली मोटर की आवश्यकता है तो सर्वो मोटर आदर्श हैं। हालाँकि, ऐसे अनुप्रयोग के लिए जिसमें केवल कुछ सौ आरपीएम या उससे कम की गति की आवश्यकता होती है, सर्वो मोटर हमेशा सबसे अच्छा विकल्प नहीं होता है। कम गति वाले अनुप्रयोगों के लिए सर्वो मोटर ज़रूरत से ज़्यादा हो सकती है।

कम गति वाले अनुप्रयोग ऐसे हैं जहाँ स्टेपर मोटर सर्वोत्तम संभव समाधान के रूप में चमकते हैं। स्टेपर मोटर न केवल रुकने के मामले में दोहराए जाने योग्य हैं, बल्कि उच्च टॉर्क प्रदान करते हुए कम गति पर चलने के लिए भी डिज़ाइन किए गए हैं। इस डिज़ाइन की प्रकृति के कारण, स्टेपर मोटर को नियंत्रित किया जा सकता है और उनकी वेग सीमा तक चलाया जा सकता है। आम तौर पर स्टेपर मोटर की वेग सीमा 1,000 आरपीएम से कम होती है, जबकि सर्वो मोटर की रेटेड गति 3,000 आरपीएम और उससे अधिक हो सकती है - कभी-कभी 7,000 आरपीएम से भी अधिक।

अगर स्टेपर का आकार सही है, तो यह सही विकल्प हो सकता है। हालाँकि, जब स्टेपर मोटर ओपन-लूप कॉन्फ़िगरेशन पर चल रही होती है और कुछ गड़बड़ हो जाती है, तो ऑपरेटरों को समस्या को ठीक करने के लिए ज़रूरी 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 तरीके पेश किए गए हैं। पावर-अप पर या किसी एप्लिकेशन के दौरान कई बार मोटर को सेंसर पर होम करना एक तरीका था। हालांकि सरल है, लेकिन यह संचालन को धीमा कर देता है और सामान्य ऑपरेटिंग प्रक्रियाओं के दौरान उत्पन्न होने वाली समस्याओं को पकड़ नहीं पाता है।

मोटर के रुकने या अपनी स्थिति से बाहर होने का पता लगाने के लिए फीडबैक जोड़ना एक और तरीका है। मोशन कंट्रोल कंपनियों के इंजीनियरों ने "स्टॉल डिटेक्शन" और "पोजिशन मेंटेनेंस" फीचर बनाए हैं। यहां तक ​​कि कुछ दृष्टिकोण और भी आगे बढ़ गए 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 - एक नई तकनीक है जिसे क्लोज्ड-लूप स्टेपर मोटर के नाम से जाना जाता है। यह उन अनुप्रयोगों की समस्या को हल करने का सबसे अच्छा और सबसे किफ़ायती तरीका है, जिनमें स्थितिगत सटीकता और कम गति की आवश्यकता होती है। लूप को बंद करने के लिए उच्च-रिज़ॉल्यूशन फ़ीडबैक डिवाइस लगाने से, इंजीनियर "दोनों दुनियाओं का सर्वश्रेष्ठ" आनंद ले सकते हैं।

क्लोज्ड-लूप स्टेपर मोटर स्टेपर मोटर के सभी लाभ प्रदान करते हैं: उपयोग में आसानी, सरलता, और सटीक स्टॉपिंग के साथ कम गति में लगातार चलने की क्षमता। साथ ही, वे अभी भी सर्वो मोटरों की तरह फीडबैक क्षमताएं प्रदान करते हैं। सौभाग्य से, यह सर्वो के सबसे बड़े नुकसान के साथ नहीं आता है: अधिक कीमत।

कुंजी हमेशा ओपन-लूप स्टेपर मोटर के काम करने के तरीके में रही है। उनमें आम तौर पर दो कॉइल होते हैं, कभी-कभी पाँच, जिनके बीच चुंबकीय संतुलन कार्य होता है। आंदोलन इस संतुलन को बिगाड़ता है, जिससे मोटर का शाफ्ट विद्युत रूप से पीछे गिर जाता है, लेकिन ऑपरेटर यह नहीं जान सकता कि यह कितना पीछे गिरता है। ओपन-लूप स्टेपर के लिए स्टॉपिंग पॉइंट दोहराया जा सकता है, लेकिन सभी लोड के लिए नहीं। स्टेपर पर एक एनकोडर लगाने और इसे एक बंद लूप बनाने से कुछ गतिशील नियंत्रण मिलता है। यह ऑपरेटरों को अलग-अलग लोड के तहत एक सटीक स्थान पर रुकने देता 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 तेज़ी से वृद्धि की है। विशेष रूप से, दो प्रमुख उद्योगों, सेमीकंडक्टर और चिकित्सा उपकरण निर्माताओं में, बंद-लूप स्टेपर मोटर्स के उपयोग में स्पष्ट वृद्धि हुई है। इन उद्योगों में इंजीनियरों को यह पता होना चाहिए कि मोटर ने लोड या एक्ट्यूएटर को कहाँ रखा है, चाहे वह बेल्ट या बॉल स्क्रू को पावर दे। इन स्टेपर्स में बंद-लूप फीडबैक उन्हें यह बताता है कि यह कहाँ है। ये स्टेपर्स कम गति पर सर्वो की तुलना में बेहतर प्रदर्शन भी प्रदान कर सकते हैं।

सामान्यतः, कोई भी अनुप्रयोग जिसमें सर्वो मोटर की तुलना में कम लागत पर गारंटीकृत प्रदर्शन की आवश्यकता होती है, तथा अपेक्षाकृत कम गति पर चलने की क्षमता होती है, बंद-लूप स्टेपर मोटर के लिए एक अच्छा विकल्प 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 थे, लेकिन ड्राइव एक मानक स्टेपर ड्राइव थी और एनकोडर का समर्थन नहीं करती थी। एनकोडर को नियंत्रक में वापस ले जाने की आवश्यकता थी और किसी दिए गए कदम के अंत में स्थिति सत्यापन को लागू करने की आवश्यकता होगी। नए बंद-लूप स्टेपर ड्राइव के साथ यह आवश्यक 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।