Kapalı döngü step motorlar, geleneksel step motorların üstesinden gelemeyeceğinden, tipik olarak servolar tarafından yapılan görevler için en iyi seçim olabilir.

Mühendislerin herhangi bir hareket kontrol sürecini tasarlarken alabilecekleri en kritik kararlardan biri motoru seçmektir. Hem tip hem de boyut açısından doğru motoru almak, nihai makinenin operasyonel verimliliği açısından zorunludur. Ayrıca motorun bütçeyi zorlamamasını sağlamak her zaman öncelikli konudur.

Karar verirken cevaplanması gereken ilk sorulardan biri şudur: Hangi motor türü en iyi olur? Uygulama yüksek performanslı bir servo motor gerektiriyor mu? Düşük maliyetli bir step daha iyi olur mu? Ya da belki dikkate alınması gereken üçüncü bir orta yol seçeneği vardır?

Yanıtlar belirli bir uygulamanın ihtiyaçlarıyla başlar. Herhangi bir uygulama için ideal olan motor tipini belirlemeden önce dikkate alınması gereken birçok faktör vardır.

Gereksinimler

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

Bu kritik sorular, yalnızca belirli bir beygir gücüne sahip bir motor seçerek çözülemez.

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

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

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

Yükün ataleti, motor seçimine karar verme sürecine dalmadan önce ele alınması gereken başka bir faktördür. Yükün ataleti ile motorun ataleti arasındaki karşılaştırma olan atalet oranı hesaplanmalıdır. Temel bir kural, yükün ataletinin rotorun ataletinin 10 katını aşması durumunda motorun ayarlanmasının daha zor olabileceğini ve performansın düşebileceğini söylüyor. Ancak bu kural yalnızca teknolojiden teknolojiye değil, tedarikçiden tedarikçiye ve hatta üründen ürüne değişmektedir. Bir başvurunun ne kadar kritik olduğu da bu kararı etkileyecektir. Bazı ürünler 30'a 1'e kadar oranları işlerken, doğrudan tahrikler 200'e 1'e kadar oranlarda çalışır. Çoğu kişi, 10'a 1 oranını aşan bir motoru boyutlandırmaktan hoşlanmaz.

Son olarak, belirli bir motoru diğerine göre kısıtlayan fiziksel sınırlamalar var mı? Motorlar farklı şekil ve boyutlarda gelir. Bazı durumlarda motorlar büyük ve hantaldır ve belirli büyüklükteki bir motoru barındıramayan bazı işlemler vardır. En iyi motor tipine ilişkin bilinçli bir karar verilmeden önce bu fiziksel özellikler tanınmalı ve anlaşılmalıdır.

Mühendisler tüm bu soruları (hız, tork, beygir gücü, yük ataleti ve fiziksel sınırlamalar) yanıtladıktan sonra en verimli boyuttaki motora odaklanabilirler. Ancak karar verme süreci burada bitmiyor. Mühendislerin ayrıca uygulamaya en uygun motor tipini bulmaları gerekir. Yıllardır çoğu uygulama için tip seçimi iki seçenekten birine indirgenmişti: servo motor veya açık çevrim step motor.

Servolar ve Stepper'lar

Servo ve açık çevrim step motorların çalışma prensipleri benzerdir. Ancak, belirli bir uygulama için hangi motorun ideal olduğuna karar vermeden önce mühendislerin anlaması gereken, ikisi arasında önemli farklar vardır.

Geleneksel servo sistemlerde, bir kontrolör motor sürücüsüne darbe ve yön yoluyla veya konum, hız veya torkla ilgili analog komut yoluyla komutlar gönderir. Bazı kontroller, en yeni kontrollerde tipik olarak Ethernet tabanlı bir iletişim yöntemi olan veri yolu tabanlı bir yöntem kullanabilir. Sürücü daha sonra motorun her fazına uygun akımı gönderir. Motor geri bildirimi motor sürücüsüne ve gerekiyorsa kontrol cihazına geri döner. Sürücü, motoru doğru şekilde değiştirmek ve motor şaftının dinamik konumu hakkında iyi bilgi göndermek için bu bilgiye güvenir. Bu nedenle, servo motorlar kapalı çevrim motorlar olarak kabul edilir ve yerleşik kodlayıcılar içerir ve konumsal veriler sıklıkla kontrolöre beslenir. Bu geri bildirim, denetleyiciye motor üzerinde daha fazla kontrol sağlar. Bir şey olması gerektiği gibi çalışmıyorsa, kontrolör operasyonlarda değişen derecelerde ayarlamalar yapabilir. Bu tür önemli bilgiler, açık çevrim step motorların sunamayacağı bir avantajdır.

Adım motorları ayrıca, hareket edilen mesafeyi ve hızı belirlemek için motor sürücüsüne gönderilen komutlarla da çalışır. Tipik olarak bu sinyal bir adım ve yön komutudur. Ancak açık döngülü step motorlar operatörlere geri bildirim sağlayamaz, dolayısıyla kontrolleri durumu doğru şekilde değerlendiremez ve motorun çalışmasını iyileştirecek ayarlamalar yapamaz.

Örneğin, bir motorun torku yükü kaldırmaya yeterli değilse motor durabilir veya belirli adımları atlayabilir. Bu gerçekleştiğinde hedef konum vurulmayacaktır. Kademeli motorun açık döngü özellikleri göz önünde bulundurulduğunda, bu hatalı konumlandırma, ayarlamaları yapabilmesi için kontrol cihazına yeterince geri aktarılmayacaktır.

Servo motorun verimlilik ve performans açısından bariz avantajları var gibi görünüyor, peki neden birisi step motoru seçsin ki? Bunun birkaç nedeni var. En yaygın olanı fiyattır; Operasyonel bütçeler, herhangi bir tasarım kararının alınmasında önemli hususlardır. Bütçeler sıkılaştıkça gereksiz maliyetleri azaltacak kararlar alınması gerekiyor. Bu sadece motorun maliyetini ifade etmekle kalmaz, aynı zamanda rutin ve acil bakım, step motorlar için servolara kıyasla daha ucuz olma eğilimindedir. Dolayısıyla, eğer bir servo motorun faydaları maliyetlerini karşılamıyorsa, standart bir step motor yeterli olabilir.

Tamamen operasyonel açıdan bakıldığında, step motorların kullanımı standart servo motorlara göre oldukça daha kolaydır. Bir step motorun çalıştırılmasının anlaşılması çok daha basittir ve yapılandırılması daha kolaydır. Çoğu personel, operasyonları aşırı karmaşık hale getirecek bir neden yoksa işleri basit tutmanın gerekli olduğu konusunda hemfikirdir.

İki farklı motor tipinin sunduğu avantajlar oldukça farklıdır. 3.000 rpm'nin üzerinde hızlara 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 hızlı uygulamalar için aşırıya kaçabilir.

Düşük hızlı uygulamalar, step motorların 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 çalışacak şekilde de tasarlanmıştır. Bu tasarımın doğası gereği step motorlar kontrol edilebilir ve hız sınırlarına kadar çalıştırılabilir. Tipik step motorların hız limiti genellikle 1.000 rpm'nin altındadır, oysa servo motorlar 3.000 rpm'ye kadar ve daha yüksek, hatta bazen 7.000 rpm'yi aşan nominal hızlara sahip olabilir.

Bir stepper doğru boyutlandırılmışsa mükemmel bir seçim olabilir. Ancak, bir step motor açık döngü konfigürasyonunda çalışırken ve bir şeyler ters gittiğinde, operatörler sorunu çözmek için ihtiyaç duydukları tüm verileri alamayabilirler.

Açık Döngü Problemini Çözmek

Geçtiğimiz birkaç on yılda, açık döngü step motorlarla ilgili geleneksel sorunları çözmek için birçok farklı yaklaşım önerildi. Çalıştırma sırasında, hatta uygulama sırasında birkaç kez motoru bir sensöre yönlendirmek yöntemlerden biriydi. Basit olmasına rağmen bu, işlemleri yavaşlatır ve normal çalışma süreçleri sırasında ortaya çıkan sorunları tespit etmez.

Motorun durup durmadığını veya konumu dışında olup olmadığını tespit etmek için geri bildirim eklemek başka bir yaklaşımdır. Hareket kontrol şirketlerindeki mühendisler "durma tespiti" ve "konum bakımı" özelliklerini oluşturdu. Step motorları servolara benzer şekilde ele alan veya en azından onları süslü algoritmalarla taklit eden daha da ileri giden birkaç yaklaşım bile olmuştur.

Servolar ve açık çevrim step motorlar arasındaki geniş motor yelpazesinde, kapalı çevrim step motor olarak bilinen biraz yeni bir teknoloji yer alır. Konumsal doğruluk ve düşük hız gerektiren uygulamaların sorununu çözmenin en iyi ve en uygun maliyetli yoludur. Döngüyü kapatmak için yüksek çözünürlüklü geri bildirim cihazları uygulayarak mühendisler "her iki dünyanın da en iyisinin" keyfini çıkarabilirler.

Kapalı döngü adım motorları, adım motorlarının tüm avantajlarını sunar: kullanım kolaylığı, basitlik ve doğru durdurma ile düşük hızlarda tutarlı bir şekilde çalışma yeteneği. Ayrıca, servo motorların sunduğu geri bildirim özelliklerini hâlâ sunuyorlar. Neyse ki, bir servonun en büyük dezavantajını beraberinde getirmek zorunda değil: daha yüksek fiyat etiketi.

Anahtar her zaman açık çevrim step motorların çalışma şekli olmuştur. Tipik olarak aralarında manyetik bir dengeleme hareketi olan iki, bazen beş bobin bulunur. Hareket bu dengeyi bozarak motor şaftının elektriksel olarak geride kalmasına neden olur ancak operatör şaftın ne kadar geriye düştüğünü bilemez. Durma noktası açık döngülü step motorlar için tekrarlanabilir ancak tüm yükler için geçerli değildir. Adımlayıcıya bir kodlayıcı koymak ve onu kapalı bir döngü haline getirmek bir miktar dinamik kontrol sağlar. Bu, operatörlerin değişen yükler altında tam bir noktada durmasını sağlar.

Belirli uygulamalar için kapalı çevrim step motorların kullanılmasından elde edilen bu faydalar, bu motorların hareket kontrol camiasındaki popülaritesini keskin bir şekilde artırmıştır. Spesifik olarak, öne çıkan endüstrilerden ikisi olan yarı iletken ve tıbbi cihaz imalatçılarında, kapalı çevrim step motorların kullanımında belirgin bir artış var. Bu endüstrilerdeki mühendisler, motorların yükleri veya aktüatörleri tam olarak nereye konumlandırdığını, ister kayışa ister bilyeli vidaya güç verdiğini bilmelidir. Bu adımlayıcılardaki kapalı döngü geri bildirimi, tam olarak nerede olduğunu bilmelerini sağlar. Bu step motorlar aynı zamanda düşük hızlarda servolara göre daha iyi performans sağlayabilir.

Genel olarak, bir servo motordan daha düşük maliyetle garantili performans gerektiren ve nispeten düşük hızlarda çalışma yeteneği gerektiren herhangi bir uygulama, kapalı çevrim step motorlar için iyi bir adaydır.

Operatörlerin, sürücünün veya kontrollerin kapalı döngü step motorları desteklediğinden emin olması gerektiğini unutmayın. Geçmişte, arkasında kodlayıcı bulunan bir step sürücü elde edebiliyordunuz, ancak sürücü standart bir step sürücüydü ve kodlayıcıları desteklemiyordu. Kodlayıcının kontrolöre geri götürülmesi gerekiyordu ve belirli bir hareketin sonunda konum doğrulamanın uygulanması gerekiyordu. Yeni kapalı çevrim step sürücülerde buna gerek yoktur. Kapalı çevrim kademeli sürücüler, kontrolörleri gerektirmeden konum ve hız kontrolünü dinamik ve otomatik olarak gerçekleştirebilir.