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.