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

Mühendislerin herhangi bir hareket kontrol sürecini tasarlarken verebileceği en kritik kararlardan biri motor seçimidir. Hem tip hem de boyut açısından doğru motoru seçmek, nihai makinenin operasyonel verimliliği için olmazsa olmazdır. Ayrıca, motorun bütçeyi zorlamamasını sağlamak her zaman öncelikli bir konudur.

Karar verirken cevaplanması gereken ilk sorulardan biri şudur: Hangi motor tipi en iyisidir? Uygulama yüksek performanslı bir servo motor gerektiriyor mu? Düşük maliyetli bir step motor daha mı iyi olur? Yoksa belki de üçüncü, orta yol bir seçenek düşünülebilir mi?

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 maksimum hız nedir?

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

Bir motorun güç çıkışı, tork ve hızın birleşimidir ve bu, hız, tork ve bir sabitin çarpımı ile hesaplanabilir.

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

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

Yükün ataleti, motor seçme karar sürecine dalmadan önce ele alınması gereken bir diğer faktördür. Atalet oranı hesaplanmalıdır; bu, yükün ataleti ile motorun ataleti arasındaki karşılaştırmadır. Pratik bir kural, yükün ataleti rotorun ataleti 10 katını aşarsa, motorun ayarlanmasının daha zor olabileceği ve performansın düşebileceğidir. Ancak bu kural yalnızca teknolojiden teknolojiye değil, tedarikçiden tedarikçiye ve hatta üründen ürüne de değişir. Bir uygulamanın ne kadar kritik olduğu da bu kararı etkileyecektir. Bazı ürünler 30'a 1 oranlarına kadar işleyebilirken, doğrudan tahrikler 200'e 1 oranlarına 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 hacimlidir ve belirli operasyonlar belirli boyutta bir motoru barındıramaz. En iyi motor türü hakkında bilinçli bir karar vermeden önce, bu fiziksel özelliklerin bilinmesi ve anlaşılması gerekir.

Mühendisler tüm bu soruları (hız, tork, beygir gücü, yük ataleti ve fiziksel sınırlamalar) yanıtladıktan sonra, en verimli motor boyutunu belirleyebilirler. Ancak karar verme süreci burada bitmez. Mühendisler ayrıca uygulamaya en uygun motor tipini de belirlemelidir. Yıllar boyunca, çoğu uygulama için motor seçimi iki seçenekten birine indirgenmiştir: servo motor veya açık çevrimli step motor.

Servolar ve Step Motorlar

Servo ve açık çevrimli adım motorlarının çalışma prensipleri benzerdir. Ancak, mühendislerin belirli bir uygulama için hangi motorun ideal olduğuna karar vermeden önce anlamaları gereken temel farklar vardır.

Geleneksel servo sistemlerinde, bir kontrolör motor sürücüsüne darbe ve yön veya konum, hız veya torkla ilgili analog bir 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 beslemesi, motorun sürücüsüne ve gerekirse kontrolöre geri döner. Sürücü, motoru düzgün bir şekilde çalıştırmak 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 konum verileri sıklıkla kontrolöre beslenir. Bu geri besleme, 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 da hareket mesafesini ve hızı belirlemek için motor sürücüsüne gönderilen komutlarla çalışır. Genellikle bu sinyal bir adım ve yön komutudur. Ancak, açık döngülü adım motorları operatörlere geri bildirim sağlayamadığı için, kontrol üniteleri durumu doğru bir şekilde değerlendirip motorun çalışmasını iyileştirmek için ayarlamalar yapamaz.

Örneğin, bir motorun torku yükü kaldırmaya yetmiyorsa, motor durabilir veya belirli adımları kaçırabilir. Bu durumda, hedef konuma ulaşılamayacaktır. Adım motorunun açık döngü özellikleri göz önünde bulundurulduğunda, bu hatalı konumlandırma, kontrolöre yeterli şekilde iletilmeyecek ve kontrolörün ayarlamalar yapabilmesi mümkün olmayacaktır.

Servo motorun verimlilik ve performans açısından belirgin avantajları var gibi görünüyor, peki neden bir adım motoru seçelim? Bunun birkaç nedeni var. En yaygın olanı fiyat; işletme bütçeleri herhangi bir tasarım kararı verirken önemli bir husustur. Bütçeler daraldıkça, gereksiz maliyetleri azaltmak için kararlar alınmalıdır. Bu sadece motorun maliyetini değil, aynı zamanda rutin ve acil bakımların adım motorları için servolara kıyasla daha ucuz olma eğiliminde olduğunu da ifade eder. Dolayısıyla, bir servo motorun avantajları maliyetlerini karşılamıyorsa, standart bir adım motoru yeterli olabilir.

Tamamen operasyonel açıdan bakıldığında, adım motorları standart servo motorlara göre kullanımı belirgin şekilde daha kolaydır. Bir adım motorunu çalıştırmak çok daha basit ve yapılandırması daha kolaydır. Çoğu personel, işlemleri aşırı karmaşıklaştırmak için bir neden yoksa, işleri basit tutmanın daha iyi olacağı konusunda hemfikirdir.

İki farklı motor tipinin sunduğu avantajlar oldukça farklıdır. 3.000 rpm'nin üzerinde hıza ve yüksek torka sahip bir motora ihtiyacınız varsa servo motorlar idealdir. Ancak, yalnızca birkaç yüz rpm veya daha düşük hız gerektiren bir uygulama için servo motor her zaman en iyi seçim olmayabilir. Servo motorlar, düşük hızlı uygulamalar için aşırıya kaçabilir.

Düşük hızlı uygulamalar, adım motorlarının mümkün olan en iyi çözüm olarak öne çıktığı alanlardır. Adım motorları, durma konusunda tekrarlanabilir olmalarının yanı sıra, yüksek tork sağlarken düşük hızda çalışacak şekilde 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; servo motorlar ise 3.000 rpm ve daha yüksek, hatta bazen 7.000 rpm'nin üzerinde nominal hızlara sahip olabilir.

Bir adım motoru doğru boyuttaysa, mükemmel bir seçim olabilir. Ancak, bir adım motoru açık döngülü bir yapılandırmada çalışırken bir sorun çıkarsa, operatörler sorunu çözmek için ihtiyaç duydukları tüm verilere ulaşamayabilir.

Açık Döngü Probleminin Çözümü

Son birkaç on yılda, açık devreli adım motorlarındaki geleneksel sorunları çözmek için çeşitli yaklaşımlar önerilmiştir. Bunlardan biri, motoru güç açıldığında veya uygulama sırasında birkaç kez bir sensöre yönlendirmekti. Basit olmasına rağmen, bu yöntem işlemleri yavaşlatır ve normal çalışma süreçleri sırasında ortaya çıkan sorunları tespit edemez.

Motorun durduğunu veya pozisyon dışı kaldığını tespit etmek için geri bildirim eklemek de başka bir yaklaşımdır. Hareket kontrol şirketlerindeki mühendisler, "durma algılama" ve "pozisyon koruma" özellikleri geliştirdiler. Hatta, adım motorlarını servo motorlar gibi ele alan veya en azından onları gelişmiş algoritmalarla taklit eden daha da ileri giden birkaç yaklaşım bile mevcut.

Motorların geniş yelpazesinde -servolar ve açık devre adım motorları arasında- kapalı devre adım motoru olarak bilinen nispeten yeni bir teknoloji yer alır. Konumsal doğruluk ve düşük hız gerektiren uygulamaların sorunlarını çözmenin en iyi ve en uygun maliyetli yoludur. Döngüyü kapatmak için yüksek çözünürlüklü geri bildirim cihazları kullanan mühendisler, "her iki dünyanın da en iyisinin" tadını çıkarabilirler.

Kapalı devre adım motorları, adım motorlarının tüm avantajlarını sunar: kullanım kolaylığı, basitlik ve düşük hızlarda tutarlı bir şekilde çalışarak hassas duruş. Ayrıca, servo motorların sunduğu geri bildirim özelliklerini de sunarlar. Neyse ki, servo motorların en büyük dezavantajı olan yüksek fiyat etiketiyle birlikte gelmek zorunda değiller.

Anahtar nokta her zaman açık devre adım motorlarının çalışma şekli olmuştur. Genellikle iki, bazen beş bobin bulunur ve aralarında manyetik bir dengeleme işlemi gerçekleşir. Hareket bu dengeyi bozarak motor şaftının elektriksel olarak geride kalmasına neden olur, ancak operatör şaftın ne kadar geride kaldığını bilemez. Durma noktası açık devre adım motorları için tekrarlanabilir, ancak tüm yükler için geçerli değildir. Adım motoruna bir kodlayıcı yerleştirip kapalı devre yapmak, dinamik kontrol sağlar. Bu, operatörlerin değişen yükler altında tam olarak belirli bir noktada durmasını sağlar.

Kapalı devre adım motorlarının belirli uygulamalarda kullanılmasının sağladığı bu faydalar, hareket kontrol camiasında bu motorların popülaritesini önemli ölçüde artırmıştır. Özellikle, önde gelen iki sektör olan yarı iletken ve tıbbi cihaz üreticilerinde, kapalı devre adım motorlarının kullanımında belirgin bir artış görülmektedir. Bu sektörlerdeki 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 düşük hızlarda servo motorlardan daha iyi performans sağlayabilir.

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

Operatörlerin, sürücü veya kontrollerin kapalı devre adım motorlarını desteklediğinden emin olmaları gerektiğini unutmayın. Geçmişte, arkasında kodlayıcı bulunan bir adım motoru alabiliyordunuz, ancak sürücü standart bir adım motoru sürücüsüydü ve kodlayıcıları desteklemiyordu. Kodlayıcının kontrolöre geri götürülmesi ve belirli bir hareketin sonunda konum doğrulamasının uygulanması gerekiyordu. Yeni kapalı devre adım motor sürücülerinde bu gerekli değildir. Kapalı devre adım motor sürücüleri, kontrolörleri devreye sokmadan konum ve hız kontrolünü dinamik ve otomatik olarak gerçekleştirebilir.