Step motorun çalışma prensibi nedir?

Merhaba dostlar, step motor, sargılarından geçen akımın oluşturduğu manyetik alanı takip ederek belirli açısal aralıklarla hareket eder. Sürücü bu alanın konumunu sırayla değiştirir; rotor da yeni denge konumuna yönelir. Küçük hareketler arka arkaya geldiğinde mil döner. Motorun adımlı yapısı, hızlı çalışırken mutlaka gözle görülür duraklamalar yapacağı anlamına gelmez.

Bu davranış bobin akımı ile manyetik kuvvetin etkileşimine dayanır. Açıklamanın merkezinde, sargı akımlarının kontrollü değiştirilmesi vardır. Temel kavramları step motor SSS bölümündeki diğer konularla birlikte okuyabilirsiniz.

Rotor, stator ve fazlar ne yapar?

Stator motorun sabit, rotor dönen bölümüdür. Stator üzerindeki sargılar akımla manyetik kutuplar oluşturur. İki fazlı bir motorda sargılar A ve B fazları olarak gruplandırılır; bu, içeride yalnızca iki fiziksel bobin bulunduğu anlamına gelmez.

Kalıcı mıknatıslı motor mıknatıslı rotor kullanır. Değişken relüktanslı motor ise dişli demir rotorun, manyetik akının daha kolay geçtiği konuma yönelmesiyle çalışır. Hibrit step motor kalıcı mıknatıs ile dişli yapıyı birlikte kullanır. Rotor ve stator geometrisi, motorun tam adım açısını belirleyen temel unsurlardandır.

Kontrolör, sürücü ve motorun görevleri farklıdır

Kontrolör hareket komutunu üretir. Yaygın STEP/DIR kontrolünde STEP palsleri ilerleme komutunu, DIR sinyali yön seçimini taşır. Sürücü bu komutu işleyip motor sargılarındaki akımın yönünü ve büyüklüğünü düzenler. Motor oluşan manyetik alanı mekanik harekete dönüştürür.

Step motor sürücüsündeki güç devresi, bipolar motorda akımı iki yönde akıtabilen H-köprüleri kullanabilir. Akım kontrollü sürücülerde PWM/chopper anahtarlaması faz akımını düzenler. STEP palsinin frekansı ile bu güç anahtarlamasının frekansı aynı şey değildir. Kontrolörün pals çıkışı motor bobinine doğrudan bağlanmaz.

Sargı sırası rotoru nasıl ilerletir?

İki fazlı bipolar bir motorun iki faz enerjili tam adım çalışmasını düşünelim. A ve B fazlarının akım yönleri sırayla değiştirilir. Her değişiklik, rotorun takip edeceği yeni bir manyetik denge konumu oluşturur. Aşağıdaki tabloda +I ve −I akım yönlerini gösterir; bunlar kontrol girişlerinin isimleri değildir.

*Başlangıç konumu 0° kabul edilmiştir; açılar motorun komutu adım kaçırmadan takip ettiği durum içindir. Dört geçişte akım sırası tekrar başa döner, fakat örnekte mil yalnızca 7,2° ilerlemiştir. Akım sırasının bir çevrimi, milin bir tam turu değildir. 1,8° motorda tam tur için 200 tam adım gerekir. Sıra ters çevrilince hareket yönü tersine döner; gözlenen yön faz bağlantısına ve bakış yönüne bağlıdır.

Pals sayısı konumu, pals frekansı hızı belirler

Bir giriş palsinin bir komut adımına karşılık geldiğini, elektronik dişli veya interpolasyon olmadığını varsayalım. θ tam adım açısı, M mikroadım bölüntüsü, K pals sayısı ve f pals frekansı olsun:

Pals/tur = (360 / θ) × M
Komut açısı = K × θ / M
Motor devri (dev/dak) = 60 × f / pals/tur

1,8° motor, tam adım: 200 pals bir tur komut eder. 1000 Hz giriş frekansı 60 × 1000 / 200 = 300 dev/dak komutuna karşılık gelir. Aynı motor 1/16 mikroadıma alınırsa 3200 pals/tur gerekir; aynı 1000 Hz ile komut edilen hız 18,75 dev/dak olur. Bu ilişki hız ve pozisyon kontrolünün temelidir.

Tam adım, yarım adım ve mikroadım

Tam adım motorun temel adım aralığını kullanır. Yarım adım araya ek akım durumları koyar. Mikroadımlama ise faz akımlarını kademeli değiştirerek ara konumlar oluşturur; sıklıkla sinüs ve kosinüse yakın akım profilleri kullanılır. Sürüş modu hareketin akıcılığını ve titreşimini etkiler.

Çözünürlük hesabında daha küçük komut aralığı elde edilebilir; ancak çözünürlük ile doğruluk farklıdır. Sürtünme, yük ve mekanik toleranslar nedeniyle mil her palsle hesaplanan mikroadım kadar ilerlemeyebilir. “Daha fazla mikroadım” tek başına daha doğru konum garantisi vermez.

Motor dururken neden milini tutar?

Sürücü faz akımını sürdürüyorsa motor durduğunda da bir denge konumu oluşur. Dış yük rotoru bu konumdan uzaklaştırmaya çalışınca geri çağırıcı elektromanyetik tork oluşur. Yük arttıkça konum sapması oluşabilir; sınır aşılırsa motor konumunu kaybedebilir. Tutma torku, motor dönerken her hızda kullanılabilecek tork değildir. Bekleme akımının azaltılması tutma etkisini düşürebilir.

Besleme gerilimi ve faz akımı neden önemlidir?

Sürücü besleme gerilimi ile sargı üzerinde belirtilen gerilim aynı kavram değildir. Akım kontrollü sürücüde uygun besleme, sargı akımının gerekli sürede oluşmasını sağlar; izin verilen faz akımı korunur. Güç kaynağı yük altında yeterli olmalı, motor ve sürücünün ısı yönetimi üretici sınırlarına göre değerlendirilmelidir. Daha yüksek akım, sınırsız tork anlamına gelmez.

Pals geliyor ama motor neden doğru hareket etmiyor?

Adım kaçırma; fazla yük, sert ivmelenme, yetersiz yüksek hız torku veya rezonansla ortaya çıkabilir. Yaygın sistem sorunlarını incelerken pals zamanlamasını ve faz bağlantısını da kontrol edin. Mekanik kontrolde sıkışma, kaplin kayması ve kayış sorunları araştırılır. Redüktör veya dişli mekanizması varsa, motor turu ile çıkış hareketi aynı değildir.

Açık çevrimde kontrolör komutu bilir; milin gerçekten nereye ulaştığını doğrudan ölçmez. Enkoderli step motor uygun sürücüyle konum geri beslemesi sağlayabilir. Yine de geri besleme fiziksel tork sınırını kaldırmaz ve motor milinden ölçüm bütün mekanik hataları ölçmez.

Teknik kaynaklar: Oriental Motor — step motor temelleri; Analog Devices — faz sırası ve mikroadımlama; Texas Instruments — STEP/DIR ve akım kontrollü sürücü örneği.