Kapalı devre step motorlar, geleneksel step motorların yapamadığı, genellikle servo motorların gerçekleştirdiği işler için en iyi seçenek 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 çok önemlidir. Dahası, motorun bütçeyi aşmayacağından emin olmak her zaman öncelikli bir konudur.

Karar verme sürecinde cevaplanması gereken ilk sorulardan biri şudur: Hangi motor tipi en uygun olur? Uygulama yüksek performanslı bir servo motora mı ihtiyaç duyuyor? Düşük maliyetli bir step motor daha mı iyi olur? Ya da belki de dikkate alınması gereken üçüncü, orta yol bir seçenek var mı?

Cevaplar, belirli uygulamanın ihtiyaçlarıyla başlar. Herhangi bir uygulama için ideal 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 sorular, yalnızca belirli bir beygir gücüne sahip bir motor seçerek çözülemez.

Bir motorun güç çıkışı, tork ve hızın birleşimidir ve bu da hız, tork ve bir sabitin çarpımıyla 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 kombinasyonuna bağlı olarak farklı şekilde çalışabilirler.

Mühendisler, en iyi performansı gösterecek motoru güvenle seçebilmek için belirli bir büyüklükteki yükün ne kadar hızlı hareket etmesi gerektiğini bilmelidir. Gerçekleştirilen iş aynı zamanda motorun tork/hız eğrisinin kapsamına girmelidir. Bu eğri, bir motorun torkunun çalışma sırasında nasıl değiştiğini gösterir. "En kötü durum" varsayımlarını kullanarak (yani, işin gerektireceği maksimum/minimum tork ve hız miktarını belirleyerek), mühendisler seçilen motorun yeterli bir tork/hız eğrisine sahip olduğundan emin olabilirler.

Motor seçimi karar verme sürecine girmeden önce ele alınması gereken bir diğer faktör de yükün ataletidir. Yükün ataleti ile motorun ataleti arasındaki karşılaştırma olan atalet oranı hesaplanmalıdır. Genel bir kural olarak, yükün ataleti rotorun ataletinin 10 katını aşarsa, motorun ayarlanması daha zor olabilir ve performans düşebilir. Ancak bu kural, teknolojiden teknolojiye, 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 desteklerken, doğrudan tahrikli motorlar 200'e 1'e kadar çalışır. Birçok kişi 10'a 1'i aşan bir oranı olan bir motorun boyutlandırılmasını sevmez.

Son olarak, belirli bir motorun diğerine göre kullanımını kısıtlayan fiziksel sınırlamalar var mı? Motorlar farklı şekil ve boyutlarda üretilir. Bazı durumlarda motorlar büyük ve hantal olabilir ve bazı işlemler belirli bir boyuttaki motoru barındıramayabilir. En iyi motor türü hakkında bilinçli bir karar verilmeden önce, bu fiziksel özelliklerin farkına varılmalı ve anlaşılmalıdır.

Mühendisler tüm bu soruları (hız, tork, beygir gücü, yük ataleti ve fiziksel sınırlamalar) yanıtladıktan sonra, en verimli motor boyutuna odaklanabilirler. Ancak karar verme süreci burada bitmez. Mühendisler ayrıca hangi motor tipinin uygulamaya en uygun olduğunu da belirlemelidir. Yıllarca, çoğu uygulama için motor tipi seçimi iki seçenekten birine indirgenmişti: servo motor veya açık döngülü step motor.

Servo ve Step Motorlar

Servo ve açık çevrimli step motorların çalışma prensipleri benzerdir. Bununla birlikte, mühendislerin belirli bir uygulama için hangi motorun ideal olduğuna karar vermeden önce anlamaları gereken önemli farklılıklar vardır.

Geleneksel servo sistemlerinde, kontrol ünitesi, darbe ve yön veya konum, hız veya torkla ilgili analog bir komut aracılığıyla motorun sürücüsüne komutlar gönderir. Bazı kontrol üniteleri, en yeni kontrol ünitelerinde 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 beslemesi, motorun sürücüsüne ve gerekirse kontrol ünitesine geri döner. Sürücü, motoru doğru şekilde komütasyonlamak ve motor milinin dinamik konumu hakkında doğru bilgi göndermek için bu bilgilere güvenir. Bu nedenle, servo motorlar kapalı döngü motorlar olarak kabul edilir ve yerleşik enkoderler içerir ve konum verileri sıklıkla kontrol ünitesine beslenir. Bu geri besleme, kontrol ünitesine motor üzerinde daha fazla kontrol sağlar. Kontrol ünitesi, bir şey olması gerektiği gibi çalışmıyorsa, çeşitli derecelerde işlemlere ayarlamalar yapabilir. Bu tür kritik bilgiler, açık döngü step motorlarının sunamadığı bir avantajdır.

Step motorlar da, hareket mesafesini ve hızı belirlemek için motorun sürücüsüne gönderilen komutlarla çalışır. Tipik olarak, bu sinyal bir adım ve yön komutudur. Bununla birlikte, açık döngülü step motorlar operatörlere geri bildirim sağlayamaz, bu nedenle kontrolleri durumu doğru bir şekilde değerlendiremez ve motorun çalışmasını iyileştirmek için ayarlamalar yapamaz.

Örneğin, bir motorun torku yükü karşılamaya yetmiyorsa, motor durabilir veya bazı adımları atlayabilir. Bu durumda, hedef konuma ulaşılamayacaktır. Step motorun açık döngü özelliklerini göz önünde bulundurduğumuzda, bu hatalı konumlandırma, kontrol ünitesine yeterince iletilmeyecek ve kontrol ünitesi de gerekli ayarlamaları yapamayacaktır.

Servo motorların verimlilik ve performans açısından açık avantajları olduğu görülüyor, peki neden birisi step motoru tercih etsin? Bunun birkaç nedeni var. En yaygın olanı fiyat; işletme bütçeleri, herhangi bir tasarım kararında önemli bir faktördür. Bütçeler daraldıkça, gereksiz maliyetleri düşürmek için kararlar alınmalıdır. Bu sadece motorun maliyetini değil, aynı zamanda rutin ve acil bakımın da servo motorlara kıyasla step motorlar için daha ucuz olmasını da ifade eder. Bu nedenle, bir servo motorun faydaları maliyetini haklı çıkarmıyorsa, standart bir step motor yeterli olabilir.

Tamamen operasyonel açıdan bakıldığında, step motorlar standart servo motorlara göre belirgin şekilde daha kolay kullanılır. Step motorun çalıştırılması çok daha basit bir şekilde anlaşılır ve yapılandırılabilir. Çoğu personel, işlemleri aşırı karmaşıklaştırmaya gerek yoksa, işleri basit tutmanın daha iyi olduğu konusunda hemfikirdir.

İki farklı motor tipinin sunduğu avantajlar çok farklıdır. Servo motorlar, 3.000 devir/dakikanın üzerinde hız ve yüksek tork gerektiren bir motora ihtiyaç duyduğunuzda idealdir. Bununla birlikte, yalnızca birkaç yüz devir/dakika veya daha düşük hız gerektiren bir uygulama için servo motor her zaman en iyi seçim olmayabilir. Servo motorlar, düşük hızlı uygulamalar için gereğinden fazla güçlü olabilir.

Düşük hız uygulamaları, step motorların en iyi çözüm olarak öne çıktığı alanlardır. Step motorlar, durma konusunda tekrarlanabilir olmalarının yanı sıra, yüksek tork sağlarken düşük hızda çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Bu tasarımın doğası gereği, step motorlar hız sınırlarına kadar kontrol edilebilir ve çalıştırılabilir. Tipik step motorların hız sınırı genellikle 1.000 rpm'nin altındadır, oysa servo motorlar 3.000 rpm ve üzeri, hatta bazen 7.000 rpm'nin üzerinde nominal hızlara sahip olabilir.

Doğru boyutta seçilmiş bir step motor, mükemmel bir seçim olabilir. Ancak, step motor açık döngü konfigürasyonunda çalışırken bir sorun ortaya çıkarsa, operatörler sorunu çözmek için ihtiyaç duydukları tüm verilere ulaşamayabilirler.

Açık Döngü Probleminin Çözümü

Son birkaç on yılda, açık döngülü step motorlarla ilgili geleneksel sorunları çözmek için çeşitli farklı yaklaşımlar önerildi. Motoru açılışta veya hatta bir uygulama sırasında birkaç kez bir sensöre yönlendirmek bir yöntemdi. Basit olmasına rağmen, bu işlem hızını yavaşlatır ve normal çalışma süreçlerinde ortaya çıkan sorunları yakalayamaz.

Motorun durakladığını veya konumundan saptığını tespit etmek için geri bildirim eklemek başka bir yaklaşımdır. Hareket kontrol şirketlerindeki mühendisler "duraklama tespiti" ve "konum koruma" özellikleri geliştirdiler. Hatta step motorları servo motorlar gibi ele alan veya en azından gelişmiş algoritmalarla taklit eden daha da ileri giden birkaç yaklaşım da olmuştur.

Motorların geniş yelpazesinde, servo motorlar ve açık döngülü step motorlar arasında, kapalı döngülü step motor olarak bilinen nispeten yeni bir teknoloji yer almaktadır. Bu, konumsal doğruluk ve düşük hız gerektiren uygulamaların sorununu çözmenin en iyi ve en uygun maliyetli yoludur. Yüksek çözünürlüklü geri bildirim cihazları kullanarak döngüyü kapatan mühendisler, "her iki dünyanın da en iyisinden" faydalanabilirler.

Kapalı devre step motorlar, step motorların tüm avantajlarını sunar: kullanım kolaylığı, basitlik ve düşük hızlarda tutarlı çalışma ve doğru durdurma yeteneği. Ayrıca, servo motorların sahip olduğu geri bildirim özelliklerini de sunarlar. Neyse ki, servo motorların en büyük dezavantajı olan daha yüksek fiyat etiketine sahip olmak zorunda değiller.

Açık döngülü step motorların çalışma prensibi her zaman kilit nokta olmuştur. Genellikle iki, bazen beş bobine sahiptirler ve aralarında manyetik bir dengeleme mekanizması bulunur. Hareket bu dengeyi bozar ve motor milinin elektriksel olarak geride kalmasına neden olur, ancak operatör ne kadar geride kaldığını bilemez. Açık döngülü step motorlar için durma noktası tekrarlanabilir, ancak tüm yükler için geçerli değildir. Step motora bir enkoder takıp kapalı döngü haline getirmek, dinamik kontrol sağlar. Bu, operatörlerin değişen yükler altında tam olarak belirli bir noktada durmasına olanak tanır.

Kapalı döngü step motorların belirli uygulamalarda kullanılmasının sağladığı bu avantajlar, bu motorların hareket kontrolü alanında popülaritesini önemli ölçüde artırmıştır. Özellikle, önde gelen iki sektörde, yarı iletken ve tıbbi cihaz üreticilerinde, kapalı döngü step motorların kullanımında belirgin bir artış görülmektedir. Bu sektörlerdeki mühendisler, ister kayış ister bilyalı vida olsun, motorların yükleri veya aktüatörleri tam olarak nereye konumlandırdığını bilmelidir. Bu step motorlardaki kapalı döngü geri besleme, onlara tam olarak nerede olduğunu bilmelerini sağlar. Bu step motorlar ayrıca düşük hızlarda servo motorlardan daha iyi performans sağlayabilir.

Genel olarak, servo motorlardan daha düşük maliyetle garantili performans gerektiren ve nispeten düşük hızlarda çalışabilme özelliğine ihtiyaç duyan her türlü uygulama, kapalı devre step motorlar için iyi bir adaydır.

Unutmayın, operatörlerin sürücünün veya kontrol sisteminin kapalı döngü step motorlarını desteklediğinden emin olmaları gerekir. Geçmişte, arkasında enkoder bulunan bir step motor alabiliyordunuz, ancak sürücü standart bir step motor sürücüsüydü ve enkoderleri desteklemiyordu. Enkoderin kontrol ünitesine geri götürülmesi ve belirli bir hareketin sonunda konum doğrulamasının uygulanması gerekiyordu. Yeni kapalı döngü step motor sürücülerinde bu gerekli değildir. Kapalı döngü step motor sürücüleri, kontrol ünitelerine ihtiyaç duymadan konum ve hız kontrolünü dinamik ve otomatik olarak gerçekleştirebilir.