Step motorlar, elektrik enerjisini dönme hareketi ile fiziksel enerjiye çeviren elektromanyetik aygıtlardır. Step motorlar adım motorlar olarak tanımlanıyor. Açısal konumu adımlar halinde değiştiren step motorları belirli adımlarla hareket ediyor.
Step Motor Nedir?
Step motorlara adım motorları da denilmektedir. Adım motorlarının tanımını yapacak olursak; Girişlerine uygulanan darbe sinyallerine karşılık olarak analog dönme hareketi yapan yani açısal konumu adımlar halinde değiştiren, çok hassas sinyallerle sürülen, fırçasız, sabit mıknatıs kutuplu DC motorlardır şeklinde açıklayabiliriz. Sabit mıknatıs kutuplar motorun hareketli kısmında yer alır. DC gerilimin uygulandığı sargıların bulunduğu kısım “stator”, dönen kısım ise “rotor” olarak isimlendirilir.
Genellikle kalıcı mıknatıs bir rotordan oluşan ve stator sargıları ile çevrili olan step motorlar, sargıları belirli bir sırayla adım adım harekete geçer. Statorun sargılarına akım verilmesiyle ortaya bir elektromanyetik güç çıkar ve bu güç motoru döndürür. Aşağıdaki görselde bir step motorun bir adımlık hareketi gösterilmiştir:
Step Motorların Avantajları:
- Step motorlar hassas kontrol gerektiren projelerde kullanılır. Çünkü step motorların adımlarındaki hata sayısı düşüktür ve bir adımdaki hata bir sonraki adımı etkilemez.
- Step motorların rotasyon açısı giriş palsi ile orantılıdır.
- Step motorlar durmak, yön değiştirmek ve harekete başlamak için gönderilen sinyallere çabuk cevap verirler.
- Dijital olarak kontrol edilebildikleri için bilgisayar kontrollü uygulamalarda kullanılmaya da yatkındırlar.
- Step motorların hızı girş palslerinin frekanslarıyla orantılı olduğundan geniş bir rotasyonel hız aralığına sahiptirler.
Step Motor Dezavantajları Nelerdir?
- Step motorların adım açıları sabit olduğundan hareketleri sürekli değil darbelidir.
- Çok yüksek hızlarda kolaylıkla kontrol edilemezler.
- Sürtünme kaynaklı yükler, açık döngülü kontrolde konum hatası meydana getirirler.
- Adım motorlarında elde edilebilecek güç ve moment sınırlıdır.
- Step motorlar, DC ve Servo motorlara göre daha karmaşık sürücü devrelerine ihtiyaç duyabilirler.
- Yüksek eylemsizlikli yüklerde yetenekleri sınırlıdır.
- Step motorlar iyi kontrol edilmezse rezonans meydana gelebilir.
Step Motor Çalışma Prensibi
Step motor nasıl çalışır? Step motor genellikle sabit mıknatıslı bir rotordan oluşur ve statorun sargıları ile çevrilidir. Akım stator sargısından geçtiğinde, stator sargısında kalıcı bir mıknatıslanmayla manyetik alan içinde rotor bir açıyla dönmeye başlar.
Step Motorun Sürücü İle Çalıştırılması
Step motorlar mikro denetleyici, arduino ve step motor sürücü yardımı yöntemi ile sürülmektedir. Sürücü ve mikro denetleyici encoder ve plc’ den motora sırasıyla kare dalga ( darbe sinyali ) gönderilerek step motorun adım adım ( derece ) dönmesini sağlar.
Step motorlarda adımlar derece olarak adlandırılır. Motorun adım derecesi motor’un imalat tasarıma bağlıdır. Derece açıları motorun teknik dökümanlarından öğrenebilir. Adım motorlarının derece açıları 0,6’dan 62,5 dereceye kadar imal edilirler. Örneğin: 400 adımlık bir motor tam dönüşte (360 derece ) 400 adım yapar. Motorun her adım açısı 360/400 = 0,9 derecedir. Adım motoruna uygulanan kare dalga ( pals ) sinyal adedi ile doğru orantıda çıkış sinyali üreterek motor milini istediğimiz derecede döndürebiliriz. Motorun hız ayarı motora birim zamanda ( sn ) gönderilen sinyallere ( pals ) göre değişmektedir.
Birden fazla step motorun bulunduğu uygulamalarda adım motorları bir birleri ile senkron çalışabilmektedir. Step motora sürekli dc voltaj uygulandığı zaman motor sürekli dönmektedir. Adım motorları geri besleme encoder ve geri besleme olmadan da kolaylıkla kontrol edilebilmektedir.
| Step Motor Çeşitleri |
*Sabit Mıknatıslı Step Motorlar (Permanent Magnet Stepper Motors-PM) Bu tip step motorlarda isminden de anlaşılacağı gibi step motorun rotor kısmında sabit mıknatıslar bulunur. N ve S kutupları rotor şaftına parelel düz çizgiler halindedirler. Sabit mıknatıslı step motorların stator bobinlerine uygulanan voltaja ve bobinlerden geçen akımın yönüne bağlı olarak step motorun dönüşü sağlanır. Bu mıknatıslanan rotor kutupları manyetik akış yoğunluğunu arttırır. Bu durumdan dolayı sabit mıknatıslı step motorlar, değişken relüktanslı step motorlara göre daha gelişmiş tork karakteristiklerine sahiptirler. Statorun sargılarından geçen akım büyüdükçe, elektromanyetik alan ve buna bağlı olarak da tork artar. Manyetik kutup sayısı ve stator dişleri ne kadar az ise adım sayısı o kadar azalır ve buna bağlı olarak da adım açısı artar.* Değişken Relüktanslı Step Motorlar (Variable Reluctance Stepper Motors-VR) Step motorların en basit tipi olan değişken relüktanslı step motorlarda rotor yumuşak demirdendir ve etrafında silindir eksenine paralel dişler vardır. Stator dişlerine DC akım verildiğinde kutuplar mıknatıslanır ve stator dişlerinin rotor dişlerini çekmesiyle adım hareketi gerçekleşir. Değişken relüktanslı step motorların rotorları sabit mıknatıslılara göre daha küçük ve hafif olması onları daha hızlı yapar. Değişken relüktanslı step motorlarda stator dişleri ile rotor dişleri arasındaki boşluk ne kadar az olursa, oluşan manyetik kuvvetin aradaki hava boşluğundan dolayı uğrayacağı kayıp da o kadar düşük olur.* Hibrit Step Motorlar (Hybrid Stepper Motors-HB)  Hibrit step motorlar adım kararlılığı, tork ve hız bakımından daha iyi bir performansa sahip olduklarından sabit mıknatıslı step motorlara göre daha pahalıdırlar. Tipik hibrit step motorlarının adım açıları 3,6 º ile 0,9 º aralığındadır. Hibrit step motorlar, sabit mıknatıslı step motorların ve değişken relüktanslı step motorların en iyi yanlarını bir araya toplar. Rotor değişken relüktanslılarda olduğu gibi çok dişlidir ve şaftı etrafında eksensel olarak magnetize olmuş eşmerkezli bir magnet içerir. Rotor etrafındaki dişler, hava boşluğu içinde manyetik akımın istenilen poziyona gelebilmesi için daha iyi bir yol sağlar. Böylece hibrit step motorlarda, değişken relüktanslı ve sabit mıknatıslı tiplere tutunma ve dinamik tork daha yüksek olur.En sık tercih edilen step motor tipleri hibrit step motorlar ve sabit mıknatıslı step motorlardır. |
Kaynaklar
http://www.robotiksistem.com/step_motor_cesitleri.html
https://blog.direnc.net/step-motor-nedir-cesitleri-ve-kullanim-alanlari/
https://www.makyapelektronik.com/blog/step-motor-nedir-step-motor-cesitleri
https://www.elektrikde.com/step-motor-nedir-step-motor-kullanimi/
