DC Motor

DC Motor, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmek için manyetik alanlar ve iletkenlerin etkileşimini kullanan elektromekanik cihazlardır.

DC Motorları , elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren sürekli aktüatörlerdir. DC motor bunu, pompaları, fanları, kompresörleri, tekerlekleri vb. döndürmek için kullanılabilen sürekli bir açısal dönüş üreterek başarır.

Konvansiyonel döner DC motorların yanı sıra, sürekli bir astar hareketi üretebilen lineer motorlar da mevcuttur. Temel olarak üç tip konvansiyonel elektrik motoru mevcuttur: AC tipi Motorlar, DC tipi Motorlar ve Step Motorlar.

DC Motor
DC Motor

AC Motorlar genellikle, fanlar veya pompalar gibi büyük yükleri kontrol etmek için sabit bir dönme torku ve hızın gerekli olduğu yüksek güçlü tek veya çok fazlı endüstriyel uygulamalarda kullanılır.

Elektrik motorları ile ilgili bu eğitimde, sadece birçok farklı elektronik, konumsal kontrol, mikroişlemci, PIC ve robotik tip devrelerde kullanılan basit hafif işler için olan DC Motorlara ve Step Motorlara bakacağız.

Temel DC Motor

DC Motor veya doğru akım motoru, sürekli hareket üretmek için en sık kullanılan aktüatördür ve dönme hızı kolayca kontrol edilebilir, bu da hız kontrolü, servo tipi kontrol ve/veya konumlandırma gerektiren uygulamalarda kullanım için idealdir. Bir DC motor iki parçadan oluşur: sabit parça olan bir “Stator “ve dönen parça olan bir” Rotor”. Sonuç olarak, temel olarak üç tip DC Motor vardır.

  • Fırçalı Motor – Bu motor türü, bir elektrik akımı bir komütatör ve karbon fırça tertibatından geçirerek sargılı bir rotorda (dönen parça) bir manyetik alan üretir, dolayısıyla “Fırçalı” terimi. Statorların (sabit kısım) manyetik alanı, ya bir stator alan sargısı ya da kalıcı mıknatıslar kullanılarak üretilir. Genellikle fırçalı DC motorlar ucuzdur, küçüktür ve kolayca kontrol edilir.
  • Fırçasız Motor – Bu motor tipi, rotorda kendisine bağlı kalıcı mıknatıslar kullanarak manyetik bir alan üretir ve elektronik olarak komütasyon sağlanır. Gerekli stator alanı dönüş sırasını üretmek için statorda “Hall etkisi” anahtarları kullandıkları için genellikle daha küçüktürler ancak geleneksel fırçalı tip DC motorlardan daha pahalıdırlar ancak daha iyi tork/hız özelliklerine sahiptirler, eşdeğer fırçalanmış türlerden daha verimlidirler ve daha uzun çalışma ömrüne sahiptirler.
  • Servo Motor – Bu motor tipi, temel olarak rotor miline bağlı bir tür konumsal geri besleme kontrolüne sahip fırçalanmış bir DC motordur. Bir PWM tipi kontrolöre bağlanır ve kontrol edilirler ve esas olarak konumsal kontrol sistemlerinde ve radyo kontrollü modellerde kullanılırlar.

Normal DC motorlar, uygulanan DC voltajı tarafından belirlenen dönme hızları ve motor sargılarından akan akım tarafından belirlenen çıkış torkları ile neredeyse doğrusal özelliklere sahiptir. Herhangi bir DC motorun dönüş hızı, dakikada birkaç devirden (rpm) dakikada binlerce devire kadar değişebilir ve bu da onları elektronik, otomotiv veya robotik uygulamalar için uygun hale getirir. Bunları dişli kutularına veya dişli kutularına bağlayarak çıkış hızları düşürülebilirken aynı zamanda motorun tork çıkışını yüksek hızda artırabilir.

Fırçalı DC Motor

Konvansiyonel bir fırçalı DC Motor temel olarak iki parçadan oluşur, motorun Stator adı verilen sabit gövdesi ve DC makineler için Rotor veya “Armatür” olarak adlandırılan hareketi üreten dönen iç kısım.

Motor sargılı stator, AC makinelerin aksine, gerekli kuzey kutbu, ardından güney kutbu ve ardından kuzey kutbu vb. üretmek için dairesel bir konfigürasyonda birbirine bağlanan elektrik bobinlerinden oluşan bir elektromıknatıs devresidir. Stator alanı, uygulanan frekansla sürekli olarak döner. Bu alan bobinleri içinde akan akım, motor alan akımı olarak bilinir.

Stator alanını oluşturan bu elektromanyetik bobinler, motor armatürü ile seri, paralel veya her ikisi birlikte (bileşik) olarak elektriksel olarak bağlanabilir. Bir seri sargılı DC motor, armatür ile seri olarak bağlı stator alan sargılarına sahiptir. Benzer şekilde, şönt sargılı bir DC motorun stator alan sargıları şekilde gösterildiği gibi armatür ile paralel olarak bağlanmıştır .

Seri ve Şönt Bağlantılı DC Motor

DC Motor

Bir DC makinesinin rotoru veya armatürü, bir uçta komütatör adı verilen elektriksel olarak yalıtılmış bakır segmentlere bağlı akım taşıyan iletkenlerden oluşur. Komütatör, armatür döndükçe karbon fırçalar (dolayısıyla “Fırçalı” motor adı) aracılığıyla harici bir güç kaynağına elektrik bağlantısının yapılmasına izin verir.

Rotor tarafından kurulan manyetik alan, rotorun kendi ekseni üzerinde dönmesine neden olan sabit stator alanı ile kendisini hizalamaya çalışır, ancak komütasyon gecikmeleri nedeniyle kendisini hizalayamaz. Motorun dönüş hızı, rotorların manyetik alanının gücüne bağlıdır ve motora ne kadar fazla voltaj uygulanırsa rotor o kadar hızlı döner. Uygulanan bu DC voltajını değiştirerek motorun dönüş hızı da değiştirilebilir.

Konvansiyonel (Fırçalı) DC Motor

DC Motor
Fırçalı Motor

Kalıcı mıknatıslı (PMDC) fırçalı DC motor, alan sargısı olmadığı için eşdeğer sargılı stator tipi DC motorlardan genellikle çok daha küçük ve daha ucuzdur. Sabit mıknatıslı DC (PMDC) motorlarda bu alan bobinleri, çok yüksek manyetik enerji alanlarına sahip güçlü nadir toprak (yani Samarium Cobolt veya Neodimyum Demir Boron) tipi mıknatıslarla değiştirilir.

Kalıcı mıknatısların kullanılması, DC motora, kalıcı ve bazen çok güçlü manyetik alan nedeniyle eşdeğer sargılı motorlardan çok daha iyi bir lineer hız/tork özelliği verir ve bu da onları modellerde, robotlarda ve servolarda kullanım için daha uygun hale getirir.

DC fırçalı motorlar çok verimli ve ucuz olmasına rağmen, fırçalı DC motorla ilgili problemler, komütatörün iki yüzeyi ve karbon fırçalar arasında ağır yük koşulları altında kıvılcım oluşturmasıdır, bu da kendi kendine ısı üretme, kısa ömür ve kıvılcım nedeniyle elektriksel gürültü ile sonuçlanmasıdır. MOSFET veya transistör gibi herhangi bir yarı iletken anahtarlama cihazına zarar verebilir. Bu dezavantajların üstesinden gelmek için Fırçasız DC Motorlar geliştirilmiştir.

Fırçasız DC Motor

Fırçasız DC motor (BDCM), sabit mıknatıslı bir DC motora çok benzer, ancak komütatör kıvılcımından dolayı değiştirilecek veya aşınacak herhangi bir fırçası yoktur. Bu nedenle rotorda çok az ısı üretilir ve motor ömrünü uzatır. Fırçasız motorun tasarımı, daha karmaşık bir tahrik devresi kullanarak fırça ihtiyacını ortadan kaldırır; rotor manyetik alanı, her zaman stator alanı ile senkronize olan kalıcı bir mıknatıs olduğundan daha hassas bir hız ve tork kontrolü sağlar.

Daha sonra fırçasız bir DC motorun yapısı, AC motora çok benzer ve onu gerçek bir senkron motor yapar, ancak bir dezavantajı, eşdeğer bir “fırçalı” motor tasarımından daha pahalı olmasıdır.

Fırçasız DC motorların kontrolü, normal fırçalı DC motordan çok farklıdır, çünkü bu tip motor, yarı iletken anahtarlamayı kontrol etmek için gereken geri besleme sinyallerini üretmek için gereken rotorların açısal konumunu (veya manyetik kutupları) algılamak için bazı araçlar içerir. En yaygın konum/kutup sensörü “Hall Etkisi Sensörü”dür, ancak bazı motorlar optik sensörler de kullanır.

Hall etkisi sensörleri kullanılarak, elektromıknatısların polaritesi, motor kontrol tahrik devresi tarafından değiştirilir. Ardından motor, hassas hız kontrolü sağlayarak dijital bir saat sinyaline kolayca senkronize edilebilir. Fırçasız DC motorlar, bir harici sabit mıknatıslı rotora ve bir dahili elektromıknatıs statoruna veya dahili bir sabit mıknatıslı rotora ve bir harici elektromıknatıs statoruna sahip olacak şekilde yapılabilir.

Fırçasız DC Motorun “fırçalanmış” motora kıyasla avantajları daha yüksek verimlilik, yüksek güvenilirlik, düşük elektrik gürültüsü, iyi hız kontrolü ve daha da önemlisi, aşınacak fırça veya komütatör olmamasıdır ve çok daha yüksek bir hız üretir. Ancak dezavantajları, daha pahalı olmaları ve kontrol edilmesinin daha karmaşık olmasıdır.

DC Servo Motor

DC Servo motorlar, çıkış motor milinin konumu motor kontrol devresine geri beslendiği kapalı çevrim tipi uygulamalarda kullanılır. Tipik konumsal “Geri Bildirim” cihazları, uçaklar ve tekneler gibi radyo kontrol modellerinde kullanılan Çözümleyicileri, Kodlayıcıları ve Potansiyometreleri içerir.

Bir servo motor genellikle hız düşürme için yerleşik bir dişli kutusu içerir ve yüksek torkları doğrudan iletebilir. Bir servo motorun çıkış mili, bağlı dişli kutusu ve geri besleme cihazları nedeniyle DC motorların milleri gibi serbestçe dönmez.

DC Servo Motor Blok Şeması

DC Motor

Bir servo motor, bir DC motordan, redüksiyon dişli kutusundan, konumsal geri besleme cihazından ve bir tür hata düzeltmesinden oluşur. Hız veya konum, cihaza uygulanan bir konumsal giriş sinyali veya referans sinyaline göre kontrol edilir.

DC Motor
Servo Motor

Hata tespit yükselticisi bu giriş sinyaline bakar ve bunu motor çıkış milinden gelen geri besleme sinyaliyle karşılaştırır ve motor çıkış milinin bir hata durumunda olup olmadığını belirler ve eğer öyleyse, kontrolör motoru hızlandırarak veya yavaşlatarak uygun düzeltmeleri yapar. aşağı. Konumsal geri besleme cihazına verilen bu yanıt, servo motorun bir “Kapalı Döngü Sistemi” içinde çalıştığı anlamına gelir.

Servo motorlar, büyük endüstriyel uygulamaların yanı sıra, küçük uzaktan kumanda modellerinde ve robotlarda da kullanılır; çoğu servo motor, her iki yönde de yaklaşık 180 dereceye kadar dönebilir, bu da onları doğru açısal konumlandırma için ideal hale getirir. Bununla birlikte, bu RC tipi servolar, özel olarak değiştirilmedikçe, geleneksel DC motorlar gibi sürekli olarak yüksek hızda dönemezler.

Bir servo motor, tek bir pakette birkaç cihazdan oluşur; motor, dişli kutusu, geri besleme cihazı ve konum, yön veya hızı kontrol etmek için hata düzeltme devresi. Güç , Toprak ve Sinyal Kontrolü olmak üzere sadece üç kablo kullanılarak kolayca kontrol edilebildikleri için robotik ve küçük modellerde yaygın olarak kullanılırlar.

DC Motor Anahtarlama ve Kontrol

Küçük DC motorlar, anahtarlar, röleler, transistörler veya MOSFET devreleri aracılığıyla “Açık” veya “Kapalı” hale getirilebilir ve motor kontrolünün en basit şekli “Doğrusal” kontroldür. Bu devre türü, motoru tek bir güç kaynağından kontrol etmek için Anahtar olarak bir bipolar Transistör kullanır (daha yüksek bir akım derecesi gerekliyse bir Darlington transistörü de kullanılabilir).

Transistöre akan temel akımın miktarını değiştirerek motorun hızı kontrol edilebilir, örneğin transistör “yarı yolda” açılırsa, besleme voltajının sadece yarısı motora gider. Transistör “tamamen AÇIK” (doymuş) duruma getirilirse, tüm besleme voltajı motora gider ve daha hızlı döner. Daha sonra bu lineer kontrol tipi için, aşağıda gösterildiği gibi motora sürekli olarak güç iletilir.

Motor Hız Kontrolü

DC Motor

Yukarıdaki basit anahtarlama devresi, Tek yönlü (yalnızca tek yönlü) bir motor hız kontrol devresini göstermektedir. Bir DC motorun dönüş hızı, terminallerindeki voltajla orantılı olduğundan, bu terminal voltajını bir transistör kullanarak düzenleyebiliriz.

Opsiyonel volan diyotları, dönerken motor tarafından üretilen herhangi bir geri emf’ye karşı koruma için anahtarlama transistörü, TR 2 ve motor terminalleri boyunca bağlanır. Ayarlanabilir potansiyometre, motoru sırasıyla bir mikro denetleyicinin veya PIC’nin bağlantı noktasından “tamamen AÇIK” (doygunluk) veya “tamamen KAPALI” (kesme) anahtarlamak için sürekli mantık “1” veya doğrudan devrenin girişine uygulanan mantık “0” sinyali ile değiştirilebilir.

Bu temel hız kontrolünün yanı sıra aynı devre motorların dönüş hızını kontrol etmek için de kullanılabilir. Motor akımını yeterince yüksek bir frekansta tekrar tekrar “AÇIK” ve “KAPALI” olarak değiştirerek, motorun hızı, işaret-boşluk oranı değiştirilerek hareketsiz (0 rpm) ve tam hız (%100) arasında değiştirilebilir. Bu, “AÇIK” zamanın (t AÇIK ) “KAPALI” zamana (t KAPALI ) oranı değiştirilerek elde edilir ve bu, Darbe Genişliği Modülasyonu olarak bilinen bir işlem kullanılarak elde edilebilir.

Darbe Genişliği Hız Kontrolü

Bir DC motorun dönüş hızının, terminallerindeki ortalama voltaj değeriyle doğru orantılı olduğunu ve bu değer, izin verilen maksimum motor voltuna kadar ne kadar yüksek olursa, motorun o kadar hızlı döneceğini söylemiştik. Başka bir deyişle, daha fazla voltaj, daha fazla hız. “Duty Ratio”, “Mark/Space Ratio” veya “Duty Cycle” olarak adlandırılan “ON” (t ON ) süresi ile “OFF” (t OFF ) zaman süreleri arasındaki oranı değiştirerek, motor voltajı ve dolayısıyla dönme hızı değiştirilebilir. Basit tek kutuplu sürücüler için görev oranı β şu şekilde verilir:

DC Motor

ve motora beslenen ortalama DC çıkış voltajı şu şekilde verilir: Vortalama = β x Vbesleme. Daha sonra a darbesinin genişliği değiştirilerek motor voltajı ve dolayısıyla motora uygulanan güç kontrol edilebilir ve bu tip kontrole Darbe Genişliği Modülasyonu veya PWM denir.

Motorun dönüş hızını kontrol etmenin bir başka yolu, “AÇIK” ve “KAPALI” görev oranı süreleri sabit tutulurken frekansı (ve dolayısıyla kontrol geriliminin zaman periyodunu) değiştirmektir. Bu tür kontrol, Darbe Frekansı Modülasyonu veya PFM olarak adlandırılır.

Darbe frekansı modülasyonu ile motor voltajı, örneğin düşük frekansta veya çok az darbe ile değişken frekanslı darbeler uygulanarak kontrol edilir, motora uygulanan ortalama voltaj düşüktür ve bu nedenle motor hızı yavaştır. Daha yüksek bir frekansta veya birçok darbede, ortalama motor terminal voltajı artar ve motor hızı da artar.

Daha sonra, Transistörler, çalışma modu “Linear” (değişen motor voltajı), “Darbe Genişliği Modülasyonu” (darbenin genişliğine göre değişir) veya “Darbe Frekansı” olan bir DC motora uygulanan güç miktarını kontrol etmek için kullanılabilir. Modülasyon” (darbenin frekansını değiştirerek).

DC Motorun Yönünü Ters Çevirme

Tek transistörlü bir DC motorun hızını kontrol etmenin birçok avantajı olmasına rağmen, bir ana dezavantajı da vardır, dönüş yönü her zaman aynıdır, “Tek yönlü” bir devredir. Birçok uygulamada motoru her iki yönde de ileri ve geri çalıştırmamız gerekir.

Bir DC motorun yönünü kontrol etmek için, motorun bağlantılarına uygulanan DC gücünün polaritesi, milinin ters yönde dönmesine izin verecek şekilde tersine çevrilmelidir. Bir DC motorun dönüş yönünü kontrol etmenin çok basit ve ucuz bir yolu, aşağıdaki şekilde düzenlenmiş farklı anahtarları kullanmaktır:

DC Motor Yön Kontrolü

DC Motor

İlk devre, motor bağlantılarının polaritesini kontrol etmek için tek bir çift kutuplu, çift atışlı (DPDT) anahtar kullanır. Kontaklar değiştirilerek motor terminallerine giden besleme tersine çevrilir ve motor yön değiştirir. İkinci devre biraz daha karmaşıktır ve “H” konfigürasyonunda düzenlenmiş dört adet tek kutuplu, tek atışlı (SPST) anahtar kullanır.

Mekanik anahtarlar, anahtarlama çiftleri halinde düzenlenmiştir ve DC motoru çalıştırmak veya durdurmak için belirli bir kombinasyonda çalıştırılmalıdır. Örneğin, A + D anahtar kombinasyonu ileri dönüşü kontrol ederken, B + C anahtarları gösterildiği gibi geri dönüşü kontrol eder. A + B veya C + D anahtar kombinasyonları motor terminallerini kısa devre yaparak hızlı fren yapmasına neden olur. Bununla birlikte, anahtarları bu şekilde kullanmanın tehlikeleri vardır, çünkü A + C veya B + D anahtarlarını birlikte çalıştırmak güç kaynağını kısa devre yapar.

Yukarıdaki iki devre çoğu küçük DC motor uygulaması için çok iyi çalışsa da, gerçekten sadece motorun yönünü tersine çevirmek için farklı mekanik anahtar kombinasyonlarını çalıştırmak istiyor muyuz ? tabi ki hayır. Elektromekanik Röle seti için manuel anahtarları değiştirebilir ve tek bir ileri-geri düğmesi veya anahtarı olabilir veya hatta bir katı hal CMOS 4066B dörtlü ikili anahtar kullanabiliriz.

Ancak bir motorun (ve hızının) iki yönlü kontrolünü sağlamanın bir başka çok iyi yolu, motoru aşağıda gösterildiği gibi bir Transistör H-köprü tipi devre düzenlemesine bağlamaktır .

Temel Çift Yönlü H-köprü Devresi

DC Motor

Yukarıdaki H-köprü devresi, elektro-mekanik röleler veya transistörler olmak üzere dört anahtarın temel konfigürasyonunun, orta çubuğa yerleştirilmiş motorla “H” harfine benzemesi nedeniyle adlandırılmıştır. Transistör veya MOSFET H-Köprüsü muhtemelen en sık kullanılan çift yönlü DC motor kontrol devrelerinden biridir. Her dalda hem NPN hem de PNP “tamamlayıcı transistör çiftleri” kullanır ve transistörler motoru kontrol etmek için çiftler halinde birlikte değiştirilir.

Kontrol girişi A motoru bir yönde, yani İleri dönüşte çalıştırırken, B girişi motoru diğer yönde, yani Geri dönüşte çalıştırır. Ardından, transistörlerin “köşegen çiftlerinde” “AÇIK” veya “KAPALI” olması motorun yön kontrolünü sağlar.

Örneğin, transistör TR1 “açık” ve transistör TR2 “kapalı “olduğunda, A noktası besleme voltajına (+Vcc) bağlanır ve transistör TR3” kapalı “ve transistör TR4” açık” ise B noktası 0 volt’a (GND) bağlanır. Daha sonra motor, motor terminali A’nın pozitif ve motor terminali B’nin negatif olmasına karşılık gelen bir yönde dönecektir.

Anahtarlama durumları TR1 “kapalı”, TR2 “açık”, TR3 “açık” ve TR4 “kapalı” olacak şekilde tersine çevrilirse, motor akımı şimdi ters yönde akacak ve motorun ters yönde dönmesine neden olacaktır.

Daha sonra A ve B girişlerine zıt mantık seviyeleri “1” veya “0” uygulanarak motorların dönüş yönü aşağıdaki gibi kontrol edilebilir.

H-köprüsü Doğruluk Tablosu

A girişiB girişiMotor Fonksiyonu
TR1 ve TR4TR2 ve TR3 
00Motor Durdu (KAPALI)
10Motor İleri Dönüyor
01Motor Ters Dönüyor
11Önerilmez

Başka hiçbir giriş kombinasyonuna izin verilmemesi önemlidir, çünkü bu, güç kaynağının kısa devre yapmasına neden olabilir, yani her iki transistör, TR1 ve TR2 aynı anda “AÇIK” duruma getirilir bu da varsa sigorta patlamasına yoksa devredeki diğer bileşenleri bozulmasına-yanmasına yol açar.

Yukarıda görüldüğü gibi tek yönlü DC motor kontrolünde olduğu gibi, motorun dönüş hızı da Darbe Genişlik Modülasyonu veya PWM kullanılarak kontrol edilebilir. Ardından H-köprü anahtarlamayı PWM kontrolü ile birleştirerek motorun hem yönü hem de hızı doğru bir şekilde kontrol edilebilir.

SN754410 Quad Half H-Bridge IC veya 2 H-Bridge’e sahip L298N gibi ticari kullanıma hazır kod çözücü IC’ler, tüm gerekli kontrol ve dahili güvenlik mantığıyla birlikte mevcuttur, H-bridge çift yönlü motor kontrol devreleri için özel olarak tasarlanmıştır.

DC Step Motor

Yukarıdaki DC motor gibi, Step Motorlar da darbeli bir dijital giriş sinyalini ayrık (artımlı) bir mekanik harekete dönüştüren elektromekanik aktüatörlerdir, endüstriyel kontrol uygulamalarında yaygın olarak kullanılır. Step motor, komütatörlü ve karbon fırçalı bir armatüre sahip olmadığı, ancak birçok rotordan oluştuğu, bazı tiplerin yüzlerce kalıcı manyetik dişe ve ayrı sargılara sahip bir statora sahip olduğu bir tür senkron fırçasız motordur.

DC Motor

Adından da anlaşılacağı gibi, step motor geleneksel bir DC motor gibi sürekli bir şekilde dönmez, ancak her bir dönme hareketinin veya adımın açısı stator kutuplarının ve rotorun sayısına bağlı olarak ayrı “Adımlar” veya “Artırımlar” halinde hareket eder.

Step motorları, ayrı adımlı çalışmaları nedeniyle, bir seferde 1,8, 3,6, 7,5 derece vb. gibi bir dönüşün sonlu bir kesri kadar kolayca döndürülebilir. Örneğin, bir step motorun bir tam dönüşü (360 o) tam olarak 100 adımda tamamladığını varsayalım.

Daha sonra motor için adım açısı 360 derece/100 adım = adım başına 3,6 derece olarak verilir. Bu değer genellikle step motorların Adım Açısı olarak bilinir.

DC Motor
Step Motorun İç Kısmı

Üç temel step motor türü vardır, Değişken Relüktans , Daimi Mıknatıs ve Hibrit (ikisinin bir çeşit kombinasyonu). Bir Step Motor , başlatma, durdurma, geri çevirme ve hız kontrolüne hızlı yanıt ile doğru konumlandırma ve tekrarlanabilirlik gerektiren uygulamalar için özellikle uygundur ve step motorun bir diğer önemli özelliği, gerekli konum belirlendikten sonra yükü sabit tutma yeteneğidir. Bu yüzden 3D yazıcılarda kullanılmaktadır.

Genel olarak, step motorlar, stator üzerine monte edilmiş bir dizi elektromıknatıs “diş” ile çok sayıda kalıcı mıknatıs “diş” içeren bir dahili rotora sahiptir. Stator elektromıknatısları sırayla polarize ve depolarize edilerek rotorun bir seferde bir “adım” dönmesine neden olur.

Modern çok kutuplu, çok dişli step motorlar, adım başına 0,9 dereceden (Devrim Başına 400 Darbe) daha düşük doğruluk kapasitesine sahiptir ve esas olarak disket/sabit disk sürücülerinde manyetik kafalar için kullanılanlar gibi oldukça hassas konumlandırma sistemleri için kullanılır. yazıcılar/çiziciler veya robotik uygulamalar. En yaygın kullanılan step motor, devir başına 200 adımlı step motordur. 50 dişli rotora, 4 fazlı statöre ve 1.8 derece (360 derece/(50×4)) adım açısına sahiptir.

Step Motor Yapısı ve Kontrolü

DC Motor

Yukarıdaki değişken relüktanslı step motora ilişkin basit örneğimizde, motor A , B , C ve D etiketli dört elektromanyetik alan bobini ile çevrili merkezi bir rotordan oluşur. Aynı harfe sahip tüm bobinler birbirine bağlanır, böylece enerji vermek, örneğin A ile işaretlenmiş bobinler, manyetik rotorun kendisini bu bobin seti ile hizalamasına neden olur.

Sırasıyla her bir bobin grubuna güç uygulayarak, rotor, adım açısı yapısı tarafından belirlenen bir açıyla bir konumdan diğerine döndürülebilir veya “adımlanabilir” ve bobinlere sırayla enerji verilerek rotor, döner bir dönüş üretecektir.

Kademeli motor sürücüsü, örneğin “ ADCB, ADCB, ADCB, A… ” vb. gibi belirli bir sırayla alan bobinlerine enerji vererek motorun hem adım açısını hem de hızını kontrol eder , rotor tek yönde (ileri) döner ve darbe dizisini “ ABCD, ABCD, ABCD, A… ” vb. olarak tersine çevirerek rotor ters yönde (ters) dönecektir.

Yukarıdaki basit örneğimizde, step motorun dört bobini vardır, bu da onu 4 fazlı bir motor yapar ve stator üzerindeki kutup sayısı 45 derece aralıklarla yerleştirilmiş sekiz (2 x 4) olur. Rotor üzerindeki diş sayısı 60 derece aralıklı altı adettir.

Ardından, rotorun bir tam devri tamamlaması için 24 (6 diş x 4 bobin) olası konum veya “adım” vardır. Bu nedenle yukarıdaki adım açısı    360 o /24 = 15 o olarak verilmiştir.

Açıktır ki, daha fazla rotor dişi ve/veya stator bobini, daha fazla kontrol ve daha ince bir adım açısı ile sonuçlanacaktır. Ayrıca motorun elektrik bobinlerini farklı konfigürasyonlarda bağlayarak Tam, Yarım ve mikro adım açıları mümkündür. Bununla birlikte, mikro adım atmayı başarmak için adım motoru, uygulanması pahalı olan (yarı) sinüzoidal bir akımla çalıştırılmalıdır.

Bobinlere uygulanan dijital darbeler (frekans) arasındaki zaman gecikmesini değiştirerek bir step motorun dönüş hızını kontrol etmek de mümkündür, gecikme ne kadar uzun olursa, bir tam devir için hız o kadar yavaş olur. Motora sabit sayıda darbe uygulayarak motor şaftı belirli bir açıyla dönecektir.

Zaman gecikmeli darbe kullanmanın avantajı, motora verilen darbelerin sayısı sayılarak rotorun son konumu tam olarak bilineceğinden, herhangi bir ek geri besleme biçimine gerek olmamasıdır. Belirli sayıda dijital giriş darbesine verilen bu yanıt, step motorun bir “Açık Döngü Sisteminde” çalışmasına izin vererek, kontrolü hem daha kolay hem de daha ucuz hale getirir.

Örneğin, yukarıdaki step motorumuzun adım başına 3,6 derecelik bir adım açısına sahip olduğunu varsayalım. Motoru örneğin 216 derecelik bir açıyla döndürmek ve sonra gerekli konumda tekrar durdurmak için yalnızca toplam: 216 derece/(3.6 derece/adım) = stator bobinlerine uygulanan 80 darbe gerekir.

Adım hızını, dönüş hızını ve motor yönünü kontrol edebilen birçok step motor kontrol IC’si mevcuttur. Böyle bir kontrolör IC’si, gerekli tüm sayaç ve kod dönüştürme yerleşiklerine sahip olan ve otomatik olarak 4 tam kontrollü köprü çıkışını doğru sırayla motora yönlendirebilen SAA1027’dir.

Dönüş yönü, tek adım modu veya seçilen yönde sürekli (kademesiz) dönüş ile birlikte de seçilebilir, ancak bu, kontrolöre biraz yük getirir. 8 bitlik bir dijital denetleyici kullanırken, adım başına 256 mikro adım da mümkündür

SAA1027 Step Motor Kontrol Çipi

DC Motor

Döner Aktüatörler hakkındaki bu eğitimde, fırçalı ve fırçasız DC Motor , DC Servo Motor ve Step Motoru konumsal veya hız kontrolü için bir çıkış cihazı olarak kullanılabilecek elektromekanik bir aktüatör olarak inceledik.