Step motorlar, birçok hareket ve pozisyon kontrol uygulaması için en iyi seçeneklerden biridir. Geniş bir boyut ve tork aralığında bulunurlar ve yüksek kaliteli servo motorlardan önemli ölçüde daha ucuzdurlar. Bu nedenle, geri besleme cihazları ekleyerek step motor performansını servo motorlarınkine yükseltmenin yollarından bahsedelim. Geri besleme donanımlı step motorlar, servo motorların tam bir alternatifi değildir, ancak birçok gerçek dünya uygulaması için güvenilir bir alternatif sağlayabilirler. Bu hareket tasarımı çözümleri, bütçeyi zorlamadan makine performansını iyileştirir.

Step motorların avantajları ve dezavantajları

Step motorlar, sürekli dönme hareketi yerine ayrık adımlarla hareket eden fırçasız doğru akım elektrik motorlarıdır. Bu adım hareketleri, stator içindeki elektromanyetik bobin setleri tarafından oluşturulan manyetik alan kaymalarıyla sağlanır. Step motorun çalışması şunlara bağlıdır:kontrolör— Motorun stator bobinlerine kademeli hareketler oluşturacak şekilde akım sağlayan elektronik bir cihazdır. Kontrol ünitesinin yetenekleri motor performansını önemli ölçüde etkiler.

Piyasada çeşitli step motor türleri mevcuttur, ancak en yaygın çeşitleri iyi çözünürlük (devir başına 200 adım veya daha iyi), saygın düşük hız torku, sağlam yapı, uzun hizmet ömrü ve nispeten düşük maliyet sunmaktadır. Bununla birlikte, bazı sınırlamaları da vardır. Tork çıkışı daha yüksek dönüş hızlarında düşer ve (basit kontrolörlerle) step motorlar yüksek frekanslı titreşimlere (salınım) maruz kalabilir. En büyük dezavantajı ise, konumlandırma uygulamalarında bile temel step motor sistemlerinin açık döngü kontrolü altında çalışmasıdır.

Step motorlar, kontrol ünitesinden gelen talimatlara uyarak belirli sayıda adım atarlar, ancak bu hareketin tamamlanıp tamamlanmadığı konusunda kontrol ünitesine herhangi bir geri bildirim göndermezler. Bu nedenle, motor istenen adım hareketlerini tamamlayamazsa, kontrol ünitesinin verdiği talimatlarla motor ile motor arasında giderek artan bir tutarsızlık ortaya çıkabilir.varsayarmotor milinin dönme pozisyonu vedoğruŞaftın konumu (ve ona bağlı yükler veya tahrik mekanizmaları). Bu tür uyumsuzluklar, motorun torkunun mekanik direnci aşmak için yetersiz kaldığı durumlarda ortaya çıkar… ve aslında, bu uyumsuzluklar yüksek devirlerde önemli bir sorun haline gelebilir, çünkü motorun tork çıkış kapasitesi o zaman sınırlıdır. Bu nedenle tasarım mühendisleri, en zorlu hareket profilleri dışında, aşırı büyük ve ağır step motor seçimlerine yol açsa bile, adım atlamalarını önlemek için genellikle step motorları gereğinden fazla özelliklendirirler.

Bir diğer dezavantaj ise, geleneksel olarak kullanılan bir step motor durduğunda, step motor milini yerinde tutmak için motor sargılarından akım geçmesi gerektiğidir. Bu durum elektrik enerjisi tüketir ve motor sargılarını ve çevresindeki alt bileşenleri ısıtır.

Güvenilir konumlandırma için kademeli motor sistemlerine ilişkin geri bildirimler

Bir step motor sistemine şaft pozisyonu geri bildirimi almak için enkoder eklemek, esasen kontrol döngüsünü tamamlar. Bu geri bildirim cihazlarının eklenmesi genel sistem maliyetini artırır, ancak servo motora geçmek kadar fazla değil.

Kodlayıcı geri beslemesi eklemenin bir yaklaşımı, şu şekilde çalışmaktır:taşı ve doğrulaBu modda, step motorun kuyruk miline basit bir artımlı enkoder eklenir. Ardından, kontrol ünitesi motora adım komutları verdiğinde, enkoder sürekli olarak kontrol ünitesine komut edilen hareketlerin gerçekleştiğini doğrular. Motor istenen adım sayısını tamamlayamazsa, kontrol ünitesi motor istenen konuma ulaşana kadar daha fazla adım isteyebilir. Daha gelişmiş kontrol üniteleri, bu ekstra adımları yapmak için torku artırmak amacıyla motora giren faz akımını da artırır.

Bu tür hareket ve doğrulama sistemlerinde kullanılan enkoderlerin çözünürlükleri genellikle devir başına 200 pozisyonun katlarıdır.

Hareket ettirme ve doğrulama modlarını kullanan kurulumların, aşırı büyük motorların dahil edilmesinden yine de fayda sağlayabileceğini, ancak basit açık döngü sistemlerinin gerektirdiği derecede aşırı büyük motorlara gerek olmadığını unutmayın.

Ayrıca, bu modun akıllı kontrol ünitelerinin durdurma sırasında verimlilikte küçük iyileştirmeler için motora giren tutma akımlarını hassas bir şekilde ayarlamasına yardımcı olabileceğini de unutmayın... ancak genel enerji tüketimi yine de yüksek olma eğilimindedir.

Mutlak enkoderlerle kapalı döngü step motor kontrolü

Kritik pozisyon kontrol uygulamaları için biraz daha gelişmiş bir diğer seçenek ise çok turlu mutlak enkoderler kullanan tam kapalı döngü kontrolüdür. Burada kullanılan enkoderler, bir step motorun kuyruk miline bağlanarak şunları izler:

1. Step motorun açısal konumu ve ayrıca
2. Step motorun tam tur sayısı.

Bu konfigürasyonda, step motor yüksek kutuplu fırçasız DC (BLDC) motor gibi kontrol edilir ve enkoder sürekli olarak kontrol cihazına konum geri bildirimi sağlar. Motora sağlanan tutma akımı, belirli bir konum toleransı içinde konumu korumak için gereken miktara tam olarak uyarlanır. Fırçasız servo motor gibi kontrol edilen bir step motor, gerçek bir BLDC servo motordan daha enerji verimli ve daha ucuzdur. Öyleyse, tüm BLDC servo uygulamaları için neden düşük maliyetli step motorlar kullanılmasın?

Kapalı devre servo sistemlerinde kullanılan step motorların, gerçek fırçasız DC servo motorlarda bulunmayan fiziksel bir sınırlaması vardır. Daha spesifik olarak, bu şekilde çalıştırılan step motorlar esasen 50 kutuplu fırçasız motorlar gibi çalışır, bu nedenle servo motorlarla mümkün olan devir sayısına ulaşamazlar. Ek olarak, step motor rotorlarının atalet momenti, eşdeğer güçteki gerçek fırçasız DC servo motorlarınkinden daha yüksektir… bu nedenle aynı ivmeyi sağlayamazlar.

Step motor BLDC modunda kullanıldığında, enkoder hayati bir işlev gerçekleştirir.değişimBu kodlayıcıların rolü, motor milinin tam dönme konumunu bildirmektir... bu da kontrolörün, gerektiğinde sürekli dönüş için uygun stator elektromıknatıslarını harekete geçirmesini sağlar. Ek olarak, hassas mutlak kodlayıcılar, daha temel kademeli motor sistemlerinde meydana gelen titreşimi (salınımı) azaltmak için faz akımını hassas bir şekilde ayarlamada gelişmiş mikro adımlı kontrolörlere de yardımcı olabilir.