Kapalı devre adım motorları, geleneksel adım motorlarının üstesinden gelemediği için genellikle servolar tarafından yapılan görevler için en iyi seçim olabilir.

Mühendislerin herhangi bir hareket kontrol sürecini tasarlarken alabileceği en kritik kararlardan biri motor seçimidir. Hem tip hem de boyut açısından doğru motoru seçmek, nihai makinenin operasyonel verimliliği için zorunludur. Dahası, motorun bütçeyi aşmayacağından emin olmak her zaman birincil endişedir.

Karar verirken cevaplanması gereken ilk sorulardan biri şudur: Hangi motor türü en iyisidir? Uygulama yüksek performanslı bir servo motor mu gerektirir? Düşük maliyetli bir step motor daha mı iyi olur? Ya da belki de düşünülmesi gereken üçüncü, orta yol bir seçenek vardır?

Cevaplar belirli uygulamanın ihtiyaçlarıyla başlar. Herhangi bir uygulama için ideal olacak motor tipini belirlemeden önce ele alınması gereken birçok faktör vardır.

Gereksinimler

Motorun dakikada kaç devir yapması gerekiyor? Ne kadar tork gerekiyor? Gerekli olan en yüksek hız nedir?

Bu kritik sorulara, sadece belirli bir beygir gücündeki bir motoru seçerek cevap verilemez.

Bir motorun güç çıkışı, tork ve hızın birleşimidir ve hız, tork ve bir sabitin çarpılmasıyla hesaplanabilir.

Ancak bu hesaplamanın doğası gereği, belirli bir güç çıkışı sağlayacak birçok farklı tork ve hız kombinasyonu vardır. Bu nedenle, benzer güç değerlerine sahip farklı motorlar, sundukları hız ve tork kombinasyonu nedeniyle farklı şekilde çalışabilir.

Mühendisler, en iyi şekilde çalışacak bir motoru güvenle seçmeden önce belirli bir boyuttaki yükün ne kadar hızlı hareket etmesi gerektiğini bilmelidir. Gerçekleştirilen iş ayrıca motorun tork/hız eğrisinin altına girmelidir. Bu eğri, bir motorun torkunun çalışma sırasında nasıl değiştiğini gösterir. "En kötü durum" varsayımlarını kullanarak (başka bir deyişle, işin gerektireceği maksimum/minimum tork ve hız miktarını belirleyerek), mühendisler seçilen motorun yeterli bir tork/hız eğrisine sahip olduğundan emin olabilirler.

Yükün ataleti, bir motor seçme karar verme sürecine dalmadan önce ele alınması gereken bir diğer faktördür. Yükün ataleti ile motorun ataleti arasındaki karşılaştırma olan atalet oranı hesaplanmalıdır. Bir kural olarak, yükün ataleti rotorun ataleti 10 katını aşarsa, motoru ayarlamak daha zor olabilir ve performans düşebilir. Ancak bu kural yalnızca teknolojiden teknolojiye değil, tedarikçiden tedarikçiye ve hatta üründen ürüne değişir. Bir uygulamanın ne kadar kritik olduğu da bu kararı etkileyecektir. Bazı ürünler 30'a 1'e kadar oranları işlerken, doğrudan tahrikler 200'e 1'e kadar çalışır. Birçok kişi 10'a 1 oranını aşan bir motor boyutlandırmaktan hoşlanmaz.

Son olarak, belirli bir motoru diğerine göre kısıtlayan fiziksel sınırlamalar var mıdır? Motorlar farklı şekil ve boyutlarda gelir. Bazı durumlarda, motorlar büyük ve hantal olabilir ve belirli boyutlarda bir motoru barındıramayan belirli işlemler vardır. En iyi motor türü hakkında bilgili bir karar verilmeden önce, bu fiziksel özellikler tanınmalı ve anlaşılmalıdır.

Mühendisler tüm bu soruları yanıtladıktan sonra -hız, tork, beygir gücü, yük ataleti ve fiziksel sınırlamalar- en verimli boyuttaki motora odaklanabilirler. Ancak, karar verme süreci burada bitmez. Mühendisler ayrıca uygulamaya en uygun motor tipini de bulmalıdır. Yıllar boyunca, tip seçimi çoğu uygulama için iki seçenekten birine indirgendi: servo motor veya açık döngülü adım motoru.

Servolar ve Step Motorlar

Servo ve açık döngülü adım motorlarının çalışma prensipleri benzerdir. Ancak, mühendislerin belirli bir uygulama için hangi motorun ideal olduğuna karar vermeden önce anlamaları gereken iki motor arasında önemli farklar vardır.

Geleneksel servo sistemlerinde, bir kontrolör motorun sürücüsüne darbe ve yön veya konum, hız veya torkla ilgili bir analog komut aracılığıyla komutlar gönderir. Bazı kontroller, en yeni kontrollerde genellikle Ethernet tabanlı bir iletişim yöntemi olan veri yolu tabanlı bir yöntem kullanabilir. Sürücü daha sonra motorun her fazına uygun akımı gönderir. Motor geri bildirimi motorun sürücüsüne ve gerekirse kontrolöre geri döner. Sürücü, motoru düzgün bir şekilde değiştirmek ve motor şaftının dinamik konumu hakkında iyi bilgiler göndermek için bu bilgilere güvenir. Bu nedenle, servo motorlar kapalı devre motorlar olarak kabul edilir ve dahili kodlayıcılar içerir ve konumsal veriler sıklıkla kontrolöre beslenir. Bu geri bildirim, kontrolöre motor üzerinde daha fazla kontrol sağlar. Kontrolör, bir şey olması gerektiği gibi çalışmıyorsa, işlemlerde çeşitli derecelerde ayarlamalar yapabilir. Bu tür kritik bilgiler, açık devre adım motorlarının sunamayacağı bir avantajdır.

Adım motorları ayrıca, hareket edilen mesafeyi ve hızı belirlemek için motorun sürücüsüne gönderilen komutlarla çalışır. Tipik olarak, bu sinyal bir adım ve yön komutudur. Ancak, açık döngülü adım motorları operatörlere geri bildirim sağlayamaz, bu nedenle kontrolleri bir durumu uygun şekilde değerlendiremez ve motorun çalışmasını iyileştirmek için ayarlamalar yapamaz.

Örneğin, bir motorun torku yükü kaldıracak kadar yeterli değilse, motor durabilir veya belirli adımları kaçırabilir. Bu olduğunda, hedef konuma ulaşılamayacaktır. Adım motorunun açık döngü özellikleri göz önünde bulundurulduğunda, bu yanlış konumlandırma, ayarlamalar yapabilmesi için kontrol cihazına yeterli şekilde iletilmeyecektir.

Servo motorun verimlilik ve performans açısından belirgin avantajları var gibi görünüyor, peki neden birisi bir step motor seçsin? Birkaç neden var. En yaygın olanı fiyat; işletme bütçeleri herhangi bir tasarım kararı verirken önemli hususlardır. Bütçeler daraldıkça, gereksiz maliyetleri azaltmak için kararlar alınmalıdır. Bu sadece motorun maliyetini ifade etmez, aynı zamanda rutin ve acil bakımlar step motorlar için servolara kıyasla daha az maliyetli olma eğilimindedir. Bu nedenle, bir servo motorun faydaları maliyetlerini haklı çıkarmayacaksa, standart bir step motor yeterli olabilir.

Tamamen operasyonel bir bakış açısından, adım motorları standart servo motorlardan belirgin şekilde daha kolay kullanılır. Bir adım motorunu çalıştırmak anlaşılması çok daha basit ve yapılandırılması daha kolaydır. Çoğu personel, işlemleri aşırı karmaşıklaştırmak için bir neden yoksa, işleri basit tutmanın gerektiği konusunda hemfikir olacaktır.

İki farklı motor tipinin sunduğu avantajlar çok farklıdır. 3.000 rpm'den fazla hıza ve yüksek torka sahip bir motora ihtiyacınız varsa servo motorlar idealdir. Ancak, yalnızca birkaç yüz rpm veya daha az hız gerektiren bir uygulama için servo motor her zaman en iyi seçim değildir. Servo motorlar düşük hız uygulamaları için aşırıya kaçabilir.

Düşük hızlı uygulamalar, adım motorlarının mümkün olan en iyi çözüm olarak parladığı yerdir. Adım motorları yalnızca durma söz konusu olduğunda tekrarlanabilir olmakla kalmaz, aynı zamanda yüksek tork sağlarken düşük hızda çalışmak üzere tasarlanmıştır. Bu tasarımın doğası gereği, adım motorları kontrol edilebilir ve hız sınırlarına kadar çalıştırılabilir. Tipik adım motorlarının hız sınırı genellikle 1.000 rpm'nin altındadır, oysa servo motorlar 3.000 rpm'ye ve daha yüksek hızlara sahip olabilir - bazen 7.000 rpm'nin bile üzerinde.

Bir adım motoru doğru şekilde boyutlandırılırsa, mükemmel bir seçim olabilir. Ancak, bir adım motoru açık döngülü bir yapılandırmada çalışırken ve bir şeyler ters giderse, operatörler sorunu düzeltmek için ihtiyaç duydukları tüm verileri alamayabilir.

Açık Döngü Problemini Çözmek

Geçtiğimiz birkaç on yılda, açık döngülü adım motorlarındaki geleneksel sorunları çözmek için çeşitli yaklaşımlar önerildi. Motoru güç açıldığında veya bir uygulama sırasında birkaç kez bir sensöre yönlendirmek bir yöntemdi. Basit olmasına rağmen, bu işlemleri yavaşlatır ve normal çalışma süreçleri sırasında ortaya çıkan sorunları yakalamaz.

Motorun durduğunu veya pozisyon dışı olduğunu algılamak için geri bildirim eklemek başka bir yaklaşımdır. Hareket kontrol şirketlerindeki mühendisler "durma algılama" ve "pozisyon bakımı" özellikleri oluşturdular. Hatta adım motorlarını servolar gibi ele alan veya en azından onları süslü algoritmalarla taklit eden daha da ileri giden birkaç yaklaşım bile oldu.

Motorların geniş yelpazesinde - servolar ve açık devreli adım motorları arasında - kapalı devreli adım motoru olarak bilinen nispeten yeni bir teknoloji yer alır. Konumsal doğruluk ve düşük hızlar gerektiren uygulamaların sorununu çözmenin en iyi ve en maliyet açısından bilinçli yoludur. Döngüyü kapatmak için yüksek çözünürlüklü geri bildirim cihazları uygulayarak, mühendisler "her iki dünyanın en iyisinin" tadını çıkarabilirler.

Kapalı devre adım motorları, adım motorlarının tüm avantajlarını sunar: kullanım kolaylığı, basitlik ve düşük hızlarda doğru durdurma ile sürekli çalışma yeteneği. Ayrıca, servo motorların sunduğu geri bildirim yeteneklerini de sunarlar. Neyse ki, bir servonun en büyük dezavantajı olan daha büyük fiyat etiketiyle birlikte gelmek zorunda değil.

Anahtar her zaman açık devreli adım motorlarının çalışma biçiminde olmuştur. Bunlar genellikle iki bobine, bazen beş bobine sahiptir ve aralarında manyetik bir dengeleme işlemi gerçekleşir. Hareket bu dengeyi bozar ve motorun şaftının elektriksel olarak geride kalmasına neden olur, ancak operatör ne kadar geride kaldığını bilemez. Durma noktası açık devreli adım motorları için tekrarlanabilir, ancak tüm yükler için tekrarlanamaz. Adım motorunun üzerine bir kodlayıcı koyup onu kapalı devre yapmak biraz dinamik kontrol sağlar. Bu, operatörlerin değişen yükler altında tam bir noktada durmasını sağlar.

Kapalı devre adım motorlarını belirli uygulamalar için kullanmanın sağladığı bu faydalar, bu motorların hareket kontrol topluluğundaki popülaritesini önemli ölçüde artırmıştır. Özellikle, daha belirgin iki endüstride, yarı iletken ve tıbbi cihaz üreticilerinde, kapalı devre adım motorlarının kullanımında belirgin bir artış vardır. Bu endüstrilerdeki mühendisler, ister kayış ister bilyalı vidayı çalıştırsın, motorların yükleri veya aktüatörleri tam olarak nereye yerleştirdiğini bilmelidir. Bu adım motorlarındaki kapalı devre geri bildirimi, tam olarak nerede olduğunu bilmelerini sağlar. Bu adım motorları ayrıca daha düşük hızlarda servolardan daha iyi performans sağlayabilir.

Genel olarak, servo motordan daha düşük maliyetle garantili performansa ihtiyaç duyan ve nispeten düşük hızlarda çalışabilme yeteneğine sahip olan her türlü uygulama, kapalı devre adım motorları için iyi bir adaydır.

Unutmayın, operatörlerin sürücü veya kontrollerin kapalı devre adım motorlarını desteklediğinden emin olmaları gerekir. Tarihsel olarak, arkasında bir kodlayıcı bulunan bir adım motoru alabilirdiniz, ancak sürücü standart bir adım motoru sürücüsüydü ve kodlayıcıları desteklemiyordu. Kodlayıcının kontrolöre geri götürülmesi gerekiyordu ve konum doğrulaması belirli bir hareketin sonunda uygulanması gerekiyordu. Bu, yeni kapalı devre adım motor sürücülerinde gerekli değildir. Kapalı devre adım motor sürücüleri, kontrolörleri dahil etmeden konum ve hız kontrolünü dinamik ve otomatik olarak halledebilir.