Adım motorları uzun süredir çok çeşitli cihazlarda başarıyla kullanılmaktadır. Disk sürücülerinde, yazıcılarda, çizicilerde, tarayıcılarda, fakslarda ve ayrıca çeşitli endüstriyel ve özel ekipmanlarda bulunabilirler. Şu anda, her duruma uygun birçok farklı tipte step motor bulunmaktadır. Ancak doğru motor tipini seçmek işin sadece yarısıdır. Genellikle mikrodenetleyici programı tarafından belirlenen doğru sürücü devresini ve çalışma algoritmasını seçmek de aynı derecede önemlidir. Bu makalenin amacı step motorların yapısı, kontrol yöntemleri, sürücü devreleri ve algoritmaları hakkındaki bilgileri sistematik hale getirmektir. Örnek olarak AVR ailesinden bir mikrokontrolöre dayalı basit ve ucuz bir step motor sürücüsünün pratik uygulaması verilmiştir.
Step motor nedir ve neden gereklidir?
Step motor, elektriksel darbeleri ayrık mekanik hareketlere dönüştüren elektromekanik bir cihazdır. Yani belki kesin bir tanım verebiliriz. Muhtemelen herkes bir step motorun dışarıdan nasıl göründüğünü görmüştür: pratik olarak diğer motor türlerinden farklı değildir. Çoğu zaman yuvarlak bir mahfaza, bir şaft ve birkaç terminaldir (Şekil 1).

Pirinç. 1. DSHI-200 ailesinin step motorlarının görünümü.
Bununla birlikte, step motorların bazı benzersiz özellikleri vardır, bu da onları bazen kullanım için son derece uygun, hatta yeri doldurulamaz kılar.
Bir step motorun iyi tarafı nedir?
Adım motorları fırçasız DC motorlar sınıfına aittir. Tüm fırçasız motorlar gibi, endüstriyel uygulamalar gibi kritik uygulamalarda kullanılmalarına olanak tanıyan yüksek güvenilirliğe ve uzun hizmet ömrüne sahiptirler. Geleneksel DC motorlarla karşılaştırıldığında adım motorları, motor çalışırken tüm sargı anahtarlamalarını yönetmesi gereken önemli ölçüde daha karmaşık kontrol devreleri gerektirir. Ek olarak, step motorun kendisi pahalı bir cihazdır, bu nedenle hassas konumlandırmanın gerekli olmadığı durumlarda geleneksel fırçalı motorlar gözle görülür bir avantaja sahiptir. Adil olmak gerekirse, neredeyse step motor kontrolörleri kadar karmaşık olan fırçalı motorları kontrol etmek için son zamanlarda kontrolörlerin giderek daha fazla kullanıldığını belirtmek gerekir.
Step motorların ana avantajlarından biri, geri besleme sensörü olmadan hassas konumlandırma ve hız kontrolü yapabilme yeteneğidir. Bu çok önemlidir, çünkü bu tür sensörler motorun kendisinden çok daha pahalıya mal olabilir. Ancak bu yalnızca düşük ivmede ve nispeten sabit bir yükle çalışan sistemler için uygundur. Aynı zamanda geri beslemeli sistemler yüksek ivmelerde ve hatta değişken yükle çalışabilme özelliğine sahiptir. Adım motoru üzerindeki yük torkunu aşarsa, rotor konumu hakkındaki bilgiler kaybolur ve sistem, örneğin bir limit anahtarı veya başka bir sensör kullanılarak temel alınmasını gerektirir. Geri bildirim sistemlerinin bu dezavantajı yoktur.
Belirli sistemleri tasarlarken servo motor ve step motor arasında seçim yapmanız gerekir. Hassas konumlandırma ve hassas hız kontrolü gerektiğinde ve gerekli tork ve hız kabul edilebilir sınırlar içinde olduğunda, step motor en ekonomik çözümdür. Geleneksel motorlarda olduğu gibi torku artırmak için bir redüksiyon dişlisi kullanılabilir. Ancak dişli kutusu step motorlar için her zaman uygun değildir. Torkun hızla arttığı fırçalı motorların aksine, step motor düşük hızlarda daha fazla torka sahiptir. Ek olarak, step motorlar, fırçalı motorlara kıyasla çok daha düşük bir maksimum hıza sahiptir, bu da maksimum dişli oranını ve buna bağlı olarak bir dişli kutusu kullanılarak torktaki artışı sınırlar. Her ne kadar dişli kutulu hazır step motorlar mevcut olsa da bunlar egzotiktir. Dişli kutusunun kullanımını sınırlayan bir başka gerçek de, onun doğasında olan boşluktur.
Düşük hızlara ulaşma yeteneği, genellikle bir dişli kutusu tasarlayamayan tasarımcıların step motorları gereksiz yere sık kullanmalarının nedenidir. Aynı zamanda komütatör motor daha yüksek güç yoğunluğuna, düşük maliyete, basit kontrol devresine sahiptir ve tek kademeli sonsuz dişli kutusuyla birlikte step motorla aynı hız aralığına ulaşabilir. Ayrıca bu, önemli ölçüde daha fazla tork sağlar. Komütatör motorlarına dayanan sürücüler askeri teçhizatta çok sık kullanılır ve bu dolaylı olarak bu tür sürücülerin iyi parametrelerini ve yüksek güvenilirliğini gösterir. Modern ev aletlerinde, arabalarda ve endüstriyel ekipmanlarda komütatör motorlar oldukça yaygındır. Bununla birlikte, adım motorlarının, oldukça dar da olsa, yeri doldurulamayacakları kendi uygulama alanları vardır.
Step motor türleri
Üç ana tip step motor vardır:
Bir step motorda tork, birbirine göre uygun şekilde yönlendirilmiş olan stator ve rotorun manyetik akıları tarafından üretilir. Stator, manyetik geçirgenliği yüksek bir malzemeden yapılmıştır ve birkaç kutba sahiptir. Kutup, mıknatıslanmış bir cismin manyetik alanın yoğunlaştığı bir bölgesi olarak tanımlanabilir. Hem statorun hem de rotorun kutupları vardır. Girdap akımı kayıplarını azaltmak için manyetik çekirdekler, transformatör çekirdeğine benzer şekilde ayrı plakalardan birleştirilir. Tork, sarımdaki akım ve sarım sayısıyla orantılı olan manyetik alanın büyüklüğüyle orantılıdır. Dolayısıyla tork, sarımların parametrelerine bağlıdır. Adım motorunun en az bir sargısına enerji verilirse rotor belirli bir pozisyon alır. Dışarıdan uygulanan tork, tutma torku adı verilen belirli bir değeri aşıncaya kadar bu konumda kalacaktır. Bundan sonra rotor dönecek ve aşağıdaki denge konumlarından birini almaya çalışacaktır.
Step motor nedir ve neden gereklidir?
Step motor, elektriksel darbeleri ayrık mekanik hareketlere dönüştüren elektromekanik bir cihazdır. Yani belki kesin bir tanım verebiliriz. Muhtemelen herkes bir step motorun dışarıdan nasıl göründüğünü görmüştür: pratik olarak diğer motor türlerinden farklı değildir. Çoğu zaman yuvarlak bir mahfaza, bir şaft ve birkaç terminaldir (Şekil 1).

Pirinç. 1. DSHI-200 ailesinin step motorlarının görünümü.
Bununla birlikte, step motorların bazı benzersiz özellikleri vardır, bu da onları bazen kullanım için son derece uygun, hatta yeri doldurulamaz kılar.
Bir step motorun iyi tarafı nedir?
- Rotorun dönme açısı, motora sağlanan darbelerin sayısına göre belirlenir.
- motor durma modunda tam tork sağlar (sargılara enerji verilirse)
- Hassas konumlandırma ve tekrarlanabilirlik. İyi step motorlar adım boyutunun %3-5'i kadar bir doğruluğa sahiptir. Bu hata adım adım birikmiyor
- hızlı başlatma/durdurma/geri alma olanağı
- Fırçaların bulunmaması nedeniyle yüksek güvenilirlik, step motorun hizmet ömrü aslında yatakların hizmet ömrüne göre belirlenir
- Giriş darbelerine net konum bağımlılığı, geri bildirim olmadan konumlandırmayı sağlar
- ara dişli kutusu olmadan doğrudan motor miline bağlanan bir yük için çok düşük dönüş hızları elde etme imkanı
- oldukça geniş bir hız aralığı kapsanabilir; hız, giriş darbelerinin frekansıyla orantılıdır
- Step motor rezonans fenomeni ile karakterize edilir
- Geri bildirimsiz çalışma nedeniyle olası konum kontrolü kaybı
- Enerji tüketimi yüksüz durumda bile azalmaz
- yüksek hızlarda çalışmak zor
- düşük güç yoğunluğu
- nispeten karmaşık kontrol şeması
Adım motorları fırçasız DC motorlar sınıfına aittir. Tüm fırçasız motorlar gibi, endüstriyel uygulamalar gibi kritik uygulamalarda kullanılmalarına olanak tanıyan yüksek güvenilirliğe ve uzun hizmet ömrüne sahiptirler. Geleneksel DC motorlarla karşılaştırıldığında adım motorları, motor çalışırken tüm sargı anahtarlamalarını yönetmesi gereken önemli ölçüde daha karmaşık kontrol devreleri gerektirir. Ek olarak, step motorun kendisi pahalı bir cihazdır, bu nedenle hassas konumlandırmanın gerekli olmadığı durumlarda geleneksel fırçalı motorlar gözle görülür bir avantaja sahiptir. Adil olmak gerekirse, neredeyse step motor kontrolörleri kadar karmaşık olan fırçalı motorları kontrol etmek için son zamanlarda kontrolörlerin giderek daha fazla kullanıldığını belirtmek gerekir.
Step motorların ana avantajlarından biri, geri besleme sensörü olmadan hassas konumlandırma ve hız kontrolü yapabilme yeteneğidir. Bu çok önemlidir, çünkü bu tür sensörler motorun kendisinden çok daha pahalıya mal olabilir. Ancak bu yalnızca düşük ivmede ve nispeten sabit bir yükle çalışan sistemler için uygundur. Aynı zamanda geri beslemeli sistemler yüksek ivmelerde ve hatta değişken yükle çalışabilme özelliğine sahiptir. Adım motoru üzerindeki yük torkunu aşarsa, rotor konumu hakkındaki bilgiler kaybolur ve sistem, örneğin bir limit anahtarı veya başka bir sensör kullanılarak temel alınmasını gerektirir. Geri bildirim sistemlerinin bu dezavantajı yoktur.
Belirli sistemleri tasarlarken servo motor ve step motor arasında seçim yapmanız gerekir. Hassas konumlandırma ve hassas hız kontrolü gerektiğinde ve gerekli tork ve hız kabul edilebilir sınırlar içinde olduğunda, step motor en ekonomik çözümdür. Geleneksel motorlarda olduğu gibi torku artırmak için bir redüksiyon dişlisi kullanılabilir. Ancak dişli kutusu step motorlar için her zaman uygun değildir. Torkun hızla arttığı fırçalı motorların aksine, step motor düşük hızlarda daha fazla torka sahiptir. Ek olarak, step motorlar, fırçalı motorlara kıyasla çok daha düşük bir maksimum hıza sahiptir, bu da maksimum dişli oranını ve buna bağlı olarak bir dişli kutusu kullanılarak torktaki artışı sınırlar. Her ne kadar dişli kutulu hazır step motorlar mevcut olsa da bunlar egzotiktir. Dişli kutusunun kullanımını sınırlayan bir başka gerçek de, onun doğasında olan boşluktur.
Düşük hızlara ulaşma yeteneği, genellikle bir dişli kutusu tasarlayamayan tasarımcıların step motorları gereksiz yere sık kullanmalarının nedenidir. Aynı zamanda komütatör motor daha yüksek güç yoğunluğuna, düşük maliyete, basit kontrol devresine sahiptir ve tek kademeli sonsuz dişli kutusuyla birlikte step motorla aynı hız aralığına ulaşabilir. Ayrıca bu, önemli ölçüde daha fazla tork sağlar. Komütatör motorlarına dayanan sürücüler askeri teçhizatta çok sık kullanılır ve bu dolaylı olarak bu tür sürücülerin iyi parametrelerini ve yüksek güvenilirliğini gösterir. Modern ev aletlerinde, arabalarda ve endüstriyel ekipmanlarda komütatör motorlar oldukça yaygındır. Bununla birlikte, adım motorlarının, oldukça dar da olsa, yeri doldurulamayacakları kendi uygulama alanları vardır.
Step motor türleri
Üç ana tip step motor vardır:
- değişken relüktans motorlar
- kalıcı mıknatıslı motorlar
- hibrit motorlar
Bir step motorda tork, birbirine göre uygun şekilde yönlendirilmiş olan stator ve rotorun manyetik akıları tarafından üretilir. Stator, manyetik geçirgenliği yüksek bir malzemeden yapılmıştır ve birkaç kutba sahiptir. Kutup, mıknatıslanmış bir cismin manyetik alanın yoğunlaştığı bir bölgesi olarak tanımlanabilir. Hem statorun hem de rotorun kutupları vardır. Girdap akımı kayıplarını azaltmak için manyetik çekirdekler, transformatör çekirdeğine benzer şekilde ayrı plakalardan birleştirilir. Tork, sarımdaki akım ve sarım sayısıyla orantılı olan manyetik alanın büyüklüğüyle orantılıdır. Dolayısıyla tork, sarımların parametrelerine bağlıdır. Adım motorunun en az bir sargısına enerji verilirse rotor belirli bir pozisyon alır. Dışarıdan uygulanan tork, tutma torku adı verilen belirli bir değeri aşıncaya kadar bu konumda kalacaktır. Bundan sonra rotor dönecek ve aşağıdaki denge konumlarından birini almaya çalışacaktır.