Step motor nedir? Nasıl çalışır?
Step motorlar tam döngüsünü küçük adımlara bölebilen fırçasız, senkron elektrik motorlarıdır. Motor pozisyonu herhangi bir geribesleme mekanizması olmadan kontrol edilebilir. Step motorlar switched reluctance motorlara benzemektedir.
En üstteki 1 numaralı elektromıknatıs açıldığında merkez çarkın en yakın dişlisini çeker. Merkez çark ve 1 numaralı elektromıknatısın dişleri hizalandığında dengeleneceklerdir.
1 numaralı elektromıknatıs kapatılır ve 2 numaralı elektromıknatıs açılır. 2 numaralı elektromıknatsı enerjilendiğinde merkez çarkın en yakın dişlisini sağa doğru çeker, aynı hizaya geldiklerinde dengelenirler. Yukarıdaki motorda bu dönme 3.6 derece olacaktır.
En alttaki 3 numaralı elektromıknatıs enerjilendiğinde 3.6 derecelik bir dönüş gerçekleşecektir.
4 numaralı elektromıknatıs enerjilendiğinde 3.6 derecelik bir dönüş daha gerçekleşecektir. Merkez çarkta 25 diş olduğu için bu step motor 100 adımda bir tam tur atacaktır.
Temel Çalışma Mantığı
Step motorlar terminallerine voltaj uygulandığında dönen klasik DC motorlardan farklıdır. Step motorlarda merkez dişlinin etrafında çok sayıda dişli elektromıknatıslar bulunmaktadır. Bu elektromıknatıslar mikrokontrolör gibi bir dış kontrol devresiyle enerjilendirilirler. Motor şaftını hareket ettirmek için öncelikle bir elektromıknatısa enerji verilir. Bu elektromıknatısın dişleri ile merkez çarkın dişleri birbiriyle etkileşime girer. Merkez çarkın dişleri ilk elektromıknatısa hizalandığında bir sonraki elektromıknatıs enerjilendirilir. İlk elektromıknatıs kapanıp, ikincisi açıldığında merkez çark biraz daha dönecektir. Bu adımlar diğer elektromıknatıslar için aynen devam edecektir. Bu ufak hareketlerin herbirine adım denir. Adımlı çalışma sayesinde istenilen bir açıda hareket sağlanabilir.
Step Motor Karakteristikleri
Step motorlar sabit güçlü motorlardır ( Güç = açısal hız x tork ). Motor hızı arttığında tork azalacaktır. Tork eğrisi akım sınırlama sürücüleri kullanarak veya sürme voltajını arttırarak uzatılabilir.
Step motorlar diğer motor türlerine göre daha fazla titreşim gösterirler. Bu titreşim bazı hız değerlerinde motorun tork kaybetmesine sebep olarak zararlı bir hale dönüşebilir. Bu sorun titreşim yaratacak hız aralığında motoru çalıştırmayarak çözülebilir. Ayrıca faz sayısı fazla olan motorlar faz sayısı az olan motorlara göre daha sarsıntısız bir çalışma gerçekleştirirler.
Açık Döngü, Kapalı Döngüye Karşı
Step motorlar genellikle açık devre olarak döndürülürler. Sürücünün herhangi bir geribeslemesi yoktur. Özellikle yük ataleti yüksekse veya sürekli değişken bir yük varsa motorun adım kaybetme imkanı yoktur. Bu yüzden sistem dizaynırları ufak boyutlu ama pahalı servomekanik sistemden fedakarlık edip, büyük boyutlu ancak göreceli olarak daha ucuz step motorları kullanırlar.
Yeni gelişmeler step motorlarda rotor pozisyonu geribeslemesi almayıda sağlamaktadır. Böylece rotor pozisyonuna bağlı olarak optimum tork üretimi sağlanabilir. Bu geribesleme özelliği step motorları çok kutuplu fırçasız servo motora dönüştürmüştür. Geribeslemeli bu step motorlarda olağanüstü bir düşük hız torku ve pozisyon kesinliği vardır. Bu tekniğin bir ileri aşaması ise motorun normalde açık döngü modunda çalışıp rotor pozisyonunda hata olduğunda ( fazla ilerleme gibi ) geribeslemeye girerek sisttemin dalgalanmaya girmesini önler. Bu genel bir servo sorununa çözüm olarak geliştirilmiştir.
Step Motor Çeşitleri
Üç ana tipte step motor bulunmaktadır.
- Sabit mıknatıslı step motor
- Hibrid senkron step motor
- Değişken relüktanslı step motor
İki Fazlı Step Motorlar : İki fazlı step motorlarda bipolar ve unipolar olmak üzere iki farklı elektromagnetik bobin sarım şekli vardır.
Unipolar Motorlar : Unipolar step motorlar lojik olarak faz başına iki sargı içerir. Bu sargılardan biri akım yönü içindir. Bu sargı sayesinde manyetik kutuplar akım yönü değiştirilmeden terslenebilir. Komutasyon devresi herbir devre için çok basit bir şekilde yapılır ( örn. tek bir transistör ). Genellikle verilen fazda herbir sargı için bir uç ortaktır ve faz başına 3′ er uç vardır. 2 fazlı step motorlarda ortak uç genellikle dışarıdan gelir. Yani motorun sadece 5 ucu bulunmaktadır.
Sürücü transistörleri aktive etmek için mikrokontrolör veya step motor kontrolörü kullanılır. Bu özellik unipolar motorların hobi meraklıları için kullanımı kolaylaştırır. Açısal hareketin belkide en ucuz yoludur.
Ortak uçla bobin sonlandırma ucunu ayırdetmede kullanılan en sağlıklı yöntem direnç ölçümüdür. Ortak uçla bobin ucu arasındaki direnç, bobin ucu-bobin ucu arasındaki direncin herzaman için yarısıdır.
Bipolar Motor : Faz başına tek sargı düşen motorlara bipolar motorlar denir. Sargıdaki akımı ters yöne döndürmek için manyetik kutbu ters yöne döndürmek gereklidir. Bu yüzden sürücü devreleri daha karmaşıktır ve sürücü devreleri genellikle H-köprüsünün türevidir. Faz başına iki uç vardır ve ortak uç yoktur. Sargıların daha iyi kullanılması sonucu aynı ağırlıktaki unipolar motora göre daha güçlüdür.
8 Uçlu Step Motor : 8 uçlu step motor unipolar step motor gibi sarılmıştır. Ancak ortak uç dışarıdan gelmez. Bu çeşit motorlarda farklı şekillerde bağlantı yapılabilir.
- Unipolar
- Seri sargılı bipolar step motor. Bu sargı daha yüksek indüktans sağlamasına rağmen sargı başına düşen akım miktarı azalır.
- Paralel sargılı bipolar sargı. Daha yüksek akıma ihtiyaç duyar ancak iyi bir performans için sargı indüktasının düşmesi gerekir.
- Faz başına tek sargılı bipolar. Bu metodda motor sargıların sadece yarısında çalışacaktır. Böylece ihtiyaç duyulan tork azaltılacaktır.
Çok Fazlı Step Motorlar
Çok fazlı step motorlar sayesinde titreşim seviyesi düşürülür. Ancak üretim maliyetleri artacaktır.
Step Motor Sürücü Devreleri
Step motor performansı sürücü devreye çok bağlıdır. Eğer stator kutupları daha hızlı bir şekilde değişebilirse tork eğrisi uzatılabilir, burada sargı indüktansı limit oluşturacaktır. İndüktans problemi aşıldığında ve sargılar hızlı bir şekilde anahtarlandığında bu seferde sürücü voltajı arttırılmalıdır.
fırçasız motor nedir ? : Motorda bulunan elektromıknatısların kutuplarını değiştirmek için fırça yerine elektronik malzeme kullanan motorlardır.
fırçalı motor nedir ? : Motorda bulunan elektromıknatısların kutuplarını değiştirmek için fırça kullanan motorlardır.
elektrik motoru nedir ? : Çalışmak için ihtiyacı olan enerjiyi elektrikten sağlayan motorlardır.
DC motor nedir ? : Doğru akımla çalışan elektrik motorlarıdır.
AC motor nedir ? : Alternatif akımla çalışan elektrik motorlarıdır.
Step motor nedir ? : Tasarımında belirlenmiş adımlarla istenilen açıda döndürülebilen motorlardır.
Fırçasız elektrik motorları
Tipik bir DC motorda dış kısımda sabit bir mıknatıs ve mıknatısların içinde dönen bir armatür vardır. Mıknatıslar sabittir ve stator olarak isimlendirilirler. Armatürler ise döner, bu yüzden rotor olarak isimlendirilirler.
Armatür elektromıknatıs içerir. Elektromıknatısın içinden elektrik akımı geçtiğinde bir manyetik alan oluşturur. Bu manyetik alan sayesinde elektromıknatıs statoru çeker ve iter. Böylece armatür 180 derece dönmüş olur. Dönmeyi sabit tutmak için elektromıknatısın kutupları değiştirilmelidir. Fırçalı motorlarda fırçalar polarite değiştirme işini gerçekleştirmektedirler. Fırçalar sayesinde armatüre dönen iki elektrod bağlanır. Bu elektrodlar elektromıknatıslar döndükçe kutupları değiştirirler.
Bu yapı oldukça kolaydır ve üretimi çok ucuzdur. Ancak birçok problemi de beraberinde getirir.
- Fırçalar eskir
- Fırçaların bağlantı yapması / bağlantı kesmesi anlarında kıvılcımlanma meydana gelir ve elektriksel gürültü olur.
- Fırçalar motorun maksimum hızını sınırlar.
- Elektromıknatıslar merkezde bulunduğu için motorun soğutması daha zor olmaktadır.
- Fırça kullanımı armatürde kullanılabilecek kutup sayısını sınırlandırır.
Güç transistörlerinin ve elektronik komponentlerin ucuzlamasıyla fırçasız motorlar yapılabilmiştir. Fırçasız DC motorlarda rotora sabit mıknatıslar konur, elektromıknatıslar statora yerleştirilir. Daha sonra bilgisayar kullanılarak elektromıknatıslar enerjilenir ve şaftın dönmesi sağlanır. Bu sistemin bir çok avantajları vardır :
- Mekanik kontrol yerine bilgisayar kontrollü olduğu için daha verimlidir.
- Fırçalı motorlarda olduğu gibi kıvılcım çıkışı yoktur ve elektriksel gürültü daha azdır.
- Eskiyen fırçalar yoktur.
- Elektromıknatıslar statordadır. Böylece soğumaları çok kolaydır.
- Daha etkin bir kontrol için statorda birçok elektromıknatıs kullanılabilir.
Elektromıknatıs Nedir? Nasıl Çalışır?
Bir telden elektrik akımı geçiyorsa burada manyetik bir alan oluşturur. İşte elektromıknatıslar bu temel kurala dayanırlar.
Bu temel prensip kullanılarak motor, selenoid, harddiskler için okuma yazma kafası, hoparlör ve daha birçok şey yapılmaktadır.
Gerçek Mıknatıslar
Elektromıknatısları incelemeden önce daima mıknatıs özelliği gösteren gerçek mıknatısları incelemekte fayda vardır.
Mıknatıslarda kuzey ve güney olmak üzere iki kutup vardır. Bir çoğumuzun bileceği gibi farklı kutuplar birbirini çeker, aynı kutuplar ise birbirini iterler.
Elektromıknatıslarda aynı özellikleri gösterirler ancak sadece üzerlerinden elektrik akımı geçtiğinde mıknatıs özelliği göstermektedirler.
Elektromıknatıslar
Bir elektromıknatısın çalışması için en temel olarak batarya gibi bir güç kaynağı ve bir telle ihtiyaç vardır. Batarya elektron üretir ve bu elektronlar telin üzerinden akar. Telden akan elektronlar bir manyetik alan oluştururlar.
Eğer daha önce bir batarya incelediyseniz + ve – olmak üzere iki kutba sahip olduğunu görmüşünüzdür. Elektronlar negatif kutupta toplanmışlardır ve eğer bir yol bulurlarsa negatif kutuptan pozitif kutba doğru akarlar. Bu akış iki kutup arasında yapılacak bir kablo bağlantısıyla yapılabilir. Bir kablo negatif ve pozitif kutuplar arasında direkt olarak bağlanırsa üç şey meydana gelecektir.
1- Elektronlar negatif taraftan pozitif kutba doğru olanca hızlarıyla akarlar.
2- Batarya kısa süre içinde bitecektir. Bu nedenle bataryanın iki ucunun birbirlerine direkt olarak bağlanması iyi bir fikir değildir. Normalde kablonun ortasında elektronları faydalı bir işte kullanmak amacıyla motor, ampul gibi cihazlar bulunmaktadır.
3- Kablo üzerinde küçük elektrik alanları oluşur. İşte bu küçük elektrik alanları elektromanyetizmanın temelini oluşturur.
Manyetik Alan
Elektrik taşıyan her kablo üzerinde manyetik alan oluşmaktadır.
Bobin
Aşağıdaki şekil bir tel etrafında meydana gelen manyetik alanı göstermektedir. Dairesel manyetik alan telin etrafında gelişir ve aşağıdaki dairesel çizgilerle gösterilir. Alan telden uzaklaştıkça zayıflar. Manyetik alanın tele dik olduğu ve yönünün elektrik akımının akış yönüne bağlı olduğu görülmektedir.
Telin etrafındaki manyetik alan dairesel ve tele dik konumda olduğu için tel üzerindeki manyetik alanı yükseltmenin en kolay yolu teli aşağıdaki gibi bir bobin halinde sarmaktır.
Örneğin tel bir çivi etrafından 10 kez dolanırsa ve bu tele enerji verilirse aynı pille düz bir tel üzerinde oluşturulabilecek elektrik alandan çok daha fazla elektrik alan üretilecektir. Bu durumda çivi bir mıknatıs gibi davranacaktır.
Bununla beraber mıknatıs özelliği sadece bataryadan elektrik akımı aktığı zaman görülecektir. Bu basit yapıya elektromıknatıs denir.
ac motor, Açık Döngü, açısal hız, batarya, bipolar, Bipolar Motorlar, bobin, brushless motor, çok fazlı, dc motor, Değişken relüktanslı, Direnç, dişli, driver, elektrik motoru, elektromıknatıs, fırçalı motor, fırçasız motor, h-bridge, h-köprüsü, hareket, Hibrid senkron, İki Fazlı, kapalı Döngü, kutup, mıknatıs, mikrokontrolör, Motor pozisyonu, Paralel sargılı, rotor, Sabit mıknatıslı, sargı, stator, step motor, step motor drive, Step Motoru, stepper, sürücü, Sürücü transistörleri, tek sargılı, temiz enerji, tork, unipolar, Unipolar Motor | armatür, bilgisayar, bilgisayar kontrol, bilgisayar kontrollü, brushless electric motor, dc motor, elektrik motoru, elektriksel gürültü, elektrod, elektromıknatıs, fırçalı elektrik motoru, fırçasız motor, güç elektroniği, Güç transistörleri, kıvılcım, kıvılcım çıkışı, kıvılcımlanma, kutup, mıknatıs, polarite, transistör
