Step motor nedir, step motorların yapısı ve çalışma prensibi nedir, çeşitleri nelerdir, step motorların avantajları ve dezavantajları üzerine detaylı bir yazı hazırladık.
Step Motor Nedir ?
Step motor nedir: Elektrik enerjisini dönme hareketi ile fiziksel enerjiye çeviren motorlara verilen isimdir. Step motorlar elektromanyetik cihazlardır. Bu cihazların hareket yöntemi adım adım olduğu için ingilizce adım anlamına gelen Step motor olarak adlandırılmıştır.
Girişlerine uygulanan pals sinyallerine karşı analog dönme hareketi çıkışı üretmektedir. Bu dönme hareketini adım adım ve çok hassas bir şekilde kontrolünü gerçekleştiren sabit mıknatıs kutuplu motorlardır.
Step Motorların Çalışma Prensibi Nedir ?
Elektrikli motorların çalışma prensibi, statör alanının rotor alanını etkileme prensibine göre çalışma durumu süreklilik şeklinde olur. Devir sayıları, uygulanan gerilime, frekansına veya motorun kutup sayısına bağlı şekilde değişkenlik göstermektedir.
Step Motor Hızı:
Step motorlarda ise rotor hareketleri ve hızı dijital sinyallere göre değişir. Motorun bir adımda ne kadar yol kat edeceği ise yapısına bağlı değişir. Adımların açıları; 90 – 45 – 18 – 7,5 – 1,8 dereceler ya da daha küçük aralıklarda olabilir. Motora uygulanacak sinyallerin frekansı değiştirilerek motorun hızı kontrol edilebilir. Aynı zamanda uygulanan sinyallerin sırası değiştirilmesi ile motor dönüş yönü saat hareket yönünde olabilir. Ya da saat yönünün tersinde olabilir.
Step motorların hangi yöne doğru döneceği, devir sayısı, dönüş hızı gibi değerler mikroişlemci veya bilgisayar programlarının varlığı ile kontrol edilir. Step motorların çok hassas konum kontrolü istenen yerlerde mikro step motorlar da çok kullanılır.
Step Motor Adım Açısı
Elektrik enerjisi alındığında rotor ve buna bağlı şaft, sabit açısal birimlerde dönüşe başlar. Step motor, çok yüksek hızlı bir anahtarlama özelliğine sahip bir sürücüye bağlıdır. Step motor sürücü, bir encoder veya PLC’den giriş palslarını alır.
Alınan her giriş palsında, motor bir adım ilerleme yapar. 600 adımlık bir step motor bir tur dönüşünde 600 adım yapmış olur. Bu durumda bir adımın açısı 360 / 600 = 0,6 derece olur. Bulunan bu değer step motorun hassaslığını gösterir. Bir devirdeki adım sayısı yükseldikçe, step motor hassaslığı ve maliyetler de artar.
Step motor, yarım adım modun da çalıştıklarında hassaslıkları daha da artar. 600 adım / tur değerinde bir step motor, yarım adım mod da çalışırken her turda 1200 adım yapmaya başlar. Bu durum da 0,6 derece olan hassasiyetin 0,3 derece olarak değişimini sağlar. Bazı step motorlarda mikro step tekniği ile adım açıları azaltmak mümkün olabilir. Bu durumda tork kayıplarının oluşması sebebi ile bu kullanım şekli etiketleme makinaları için uygun değildir. Step motorun adım açısı ile beraber step motordan tahrik alan çekme silindirin çapı, etiketleme hassasiyetini belirlemektedir. Yüksek hızlarda hassas bir etiketleme yapmak için bu değerlerin en uygun kombinasyonu olması gereklidir.
Step motorlarının birçok alanda kullanılmasının sebebi, motorların bazı avantajları olmasıdır.
Step Motorlarının Yapısı Nasıldır ?
- Stator: Step motoun hareketsiz olan ve sargılardan meydana gelen kısmıdır
- Rotor: Motorun hareketli, N ve S kutbundan meydana gelen ve tek parça sabit mıknatıs barındıran kısmıdır.
- Dış Zarf (gövde): Motorun soğumasına yardımcı olan bu yapı, motorun dış etkilerden koruyan bir yapıdır.
- Rulman: Adım motorlarıa verilmesi gereken hareketin mümkün olan en düşük sürtünmeyle bir başka deyişle güçten en az kayıp ile iletimi sağlamak için olan kısmıdır.
Step motor; stator ( endüktör), rotor(endüvi), rotora bağlı şaft motorun dönmesini kolaylaştıran rulmandan meydana gelmektedir. Step motorun yapısında statorun birden fazla kutbu ( genellikle sekiz kutup) vardır. Bu kutupların polaritesi elektronik anahtarlarla değiştirilir. Anahtarlama sonucunda statorun güney ve kuzey kutupları döndürülür. Rotorun güney kutbu “N”, statorun kuzey kutbu “S” sıralıdır.
Rotorun mıknatıslığı, bir sürekli mıknatıs ya da dış uyarım yöntemi ile meydana getirilmektedir. Bu arada sürekli mıknatıs meydana gelir. Adımları (stepler) aracılığı ile ortalama statör alanı döner ve rotor buna benzer adımlar arasında izler. Daha iyi bir seçilim sağlamak için rotor ve stator üzerine küçük dişler yapılmaktadır. Yapılan bu dişler birbirlerine temas etmemesi gerekir.
Step Motorların Avantajları
- Geri beslemeyi gereksinim duymazlar, step motorların rotasyon açısı giriş palsi ile orantılı durumdadır. Açık döngülü olarak kontrol edilebilirler.
- Step motorun hareketlerinde konum hatası yoktur. Hassas kontrolün önemli olduğu uygulamalar için kullanılır
- Sayısal olarak kontrol edilebildikleri için bilgisayar veya mikroişlemci gibi bileşenlerle kontrol edilirler
- Step motorlar durmak, yön değiştirmek ve harekete başlamak için gönderilen sinyallere çabuk cevap verirler
- Step motorların mekanik yapısı basit olduğu için bakım gerektirmez.
- Herhangi bir hasara yol açmadan birçok kez çalışabilirler.
Step Motorların Dezavantajları
- Step motorlar adım açıları sabit olduğu için hareketleri sürekli değil darbeli şekildedir. Titreşim bazı hız değerlerinde moment kayıplarına sebep olabilir.
- Step motorlar sürtünme kaynaklı yükler, açık döngülü kontrolde konum hatası oluşturur. Çok yüksek hızlarda kolaylıkla kontrol edilemezler.
- Step motorların elde edebilecek güç ve momenti belli bir sınırı vardır.
- Servo motor ve DC motorlara göre daha karmaşık sürücü devrelere gereksinim duyabilirler
Step Motor Nasıl Çalışır ?
Step motorun; anahtarla sargılarına enerji uygulandığında, enerji uygulanan sargının karşısına geldiğinde durur. Giriş pals uygulandığında, belli bir miktar döner ve durur. Bu dönme miktarı, motorun yapısına göre belli bir açı ile sınırlandırmıştır.
Step motorda rotorun dönmesi, girişe uygulanan pals sayısına bağlı olarak değişir. Girişe tek bir pals verildiği zaman rotor, tek bir adım hareket eder ve durur. Pals uygulama sayısı artınca pals sayısı kadar adım hareket eder. Bu step motorların özelliğindendir. Tüm step motorların çalışma prensibi bu şekildedir.
Step motor, bir daire içinde elektromanyetik alanların dönüşü ile açıklanması sağlanabilir. Step motoru içinde anahtarlardan biri kapandığında sabit mıknatıs kendiliğinden aynı çizgiye gelir. Ardından ikinci anahtar kapatılıp ve birincil anahtar açıldığında elektromanyetik alanı hareketi bu defa ikincil anahtarın karşısına gelir. Bu sistem tekrarlandığında sabit mıknatıs yani rotor bir daire içinde düzgün şekilde dönüş gerçekleştirir.
Step Motorun Adım Açısının Hesaplanması
360 derece dönen step motorlarda gerekli adım açısının (Qs) bulunması faz sayısının (Ns) ve motor rotorunun çıkıntılı kutup sayısına (Nr) bağıntılıdır.
Step motorun adım açısı hesaplamasında şu formül kullanılır:
Qs : Step motorun adım açısı
Ns : Step motorun faz sayısı
Nr : Rotorun çıkıntılı kutup sayısı
Step Motor Adım Sayısı
Step motorların bir devri için gerekli adım sayısının bulunmasında şu formül kullanılır:
S: Motorun bir tur devri için gerekli adım sayısı
Qs: Step motorun adım açısı
Step Motor Özellikleri
- Rotorun açısal hızı yeterince küçük olduğundan hareket sırasında adım kaybı yaşanmaz. Yani kesin açısal mesafe tanımlanırsa motorun dönmesi uygun sayıda adımla kontrol edilebilir. Böylece mekanik sistemde milin hareketi yeterli ölçüdedir.
- Step motorları yüke yeterli gelen momenti üretebilir
- Step motorları DC ile uyarıldıklarında geniş bir tutma momentine sahiptir. Step motorların rotor hareketi sabitken otomatik kilitlenme özelliği mevcuttur. Bu durumda rotor, sadece uç gerilimi zamanla değiştiği sürece hareket etmektedir.
- Step motorlar sayısal kontrol sistemlerine uygun durumdadır.
- Step motorların kontrolleri tekrar edilebilir
- Hata, sadece adım hatası olmaktadır. Genellikle adım başına yüzde 1 ila yüzde 5 arasında değişmektedir. Rotor pozisyonlarında mükemmel doğruluğu vardır.
- Step motor açık-çevrim kontrollü olması nedeniyle, takometre ve/veya enkoderin kullanılmasına gerek yoktur. Buna bağlı olarak tasarımın maliyeti düşer. Geri besleme ile mil pozisyonun tayin edilmesine gerekli değildir.
- Motor yapısı basit olması sebebi, bakımının kolay ve kullanım süresinin uzun olmasını sağlamaktadır.
- Step motorların ısınma gibi olumsuzlardan gelen zararları oldukça azdır.
- Motor, bir güç kaynağı ve motor cevabını değerlendiren step motor sürücü devresi ile kontrolü sağlanır.
- Hız, programlama yoluyla ayarlanabilir; çalışma esnasında hız sabit kalır
Step Motor Uyartımı
Tek-Faz Uyartımı (Başla-Dur Adımlama Oranı)
Motor sargılarının sadece birinin uyartıldığı uyartım cinsine tek-faz ( single phase) uyartımı adı verilir. Bu uyartım yönteminde de rotor, her uyardım sinyali için tam adımlık bir hareket yapmaktadır. Uyartım, dönüş yönüne bağlı olarak sırayla yapılmaktadır. Burada fazların uyartım sırası saat yönünde dönüş için F1, F2, F3, F4; saat yönünün tersine doğru ise F4, F3, F2, F1 şeklindedir.
İki-Faz Uyartımı (Düzgün Hız)
Motor sargılarının ikisinin sırayla aynı anda uyartıldığı uyartım şekline iki-faz uyartımı denmektedir. İki faz uyartımlı da rotorun geçici durum tepkisi tek-faz uyartımına göre hızlı olmaktadır. Ama burada güç kaynağından çekilen güç iki katına çıkmaktadır.
Karma Uyartım (Rampala)
Karma uyartım modun da tek-faz ile iki-faz uyartımı arka arkaya uygulanmaktadır. Burada rotor, her bir uyartım sinyali için yarım adımlık bir hareket yapar. Bu uyartım modu aracılığı ile örneğin çıkışı 2 derece olan bir motorun adım açısını 1 derece düşürmüş oluruz.
Step Motor ve Servo Motor Farkları Nelerdir ?
Hız arttıkça step motorlarda tork düşmektedir. Servo motorlarda böyle bir durum mevcut değildir. Bundan dolayı yüksek hız ve tork gerektiren uygulamalarda servo motorlar daha avantajları vardır. Yüksek ataletin (eylemsizlik) olduğu durumlarda step motorlar daha avantajlı durumdadır. Durma hareketi servo motorlara göre daha güvenli olduğu söylenebilir.
- Step motorlar daha kararlıdır. Servo motorlar sabit duracağı durumlarda fren mekanizmasına gereksinim duymaktadır.
- Step motorlarda çoğunlukla encoder olmaz ve açık çevrim çalıştırılırken, servo motorlar kapalı çevrim çalıştırılmaktadır.
- Servo motor, step motorlara göre fazla hız gerektiren uygulamalar için tercih sebebi olmaktadır.
Profesyonel uygulamalar için servo motorlar tercih edilmektedir. Piyasada çeşitli özelliklerde servo motor bulmak ve destek almak daha kolaydır.
Step Motor Çeşitleri
Yapılarına göre step motor çeşitleri şunlardır;
- Sabit mıknatıslı step motor
- Hybrid senkron step motor
- Değişken relüktanslı step motor
- Hidrolik step motor
- Lineer step motor
Step Motor Kullanım Alanları
Her türlü kontrol edilmiş hareket veya pozisyon gereken yerlerde step motorlar kullanılmaktadır. Dijital bilgileri mekanik harekete çeviren bir dönüştürücü gibi görev yaparlar.
- Bant sürücüler, imalat tezgahları, yazıcı, teyp sürücüleri, kart okuyucuları, kamera
- Hafıza işlemlerinde, tıbbi cihazlarda, makine tezgahlarında, dikiş makineleri
- Step motorları sürücü kartı ile ayar ve kontrol tekniğinde, uzaktan kumanda göstergelerinde kullanılır.
Bu yazımızda elimizden geldiğince detaylı bir şekilde step motorlar konusunu inceledik. Hatalı olduğunu düşündüğünüz bir kısım var ise yorumlar kısmında bize yazabilir veya aklınıza takılanları sorabilirsiniz. Yazımızı okuduğunuz için teşekkür ederiz.
İlginizi Çekebilir : Servo Motorlar , Asenkron Motorlar , AC Motorlar
Twitter Adresimiz İçin Tıklayınız
Facebook Adresimiz İçin Tıklayınız