kaynak doküman _ adım motor

Report
Ad Soyadı : Hüseyin TÖPİZ
Numara : 117142016
STEP MOTOR YAPILAR ve ÇALIŞMA
ŞEKİLLERİ
İÇİNDEKİLER
Step motor nedir?
Step motorların yapısı
Çalışma prensibi
Step motorda karşılaşılan terimler
Step motorun çeşitleri
Step motorun kullanım alanları
Step motorun avantajları
Step motorun dezavantajları
Step Motor Nedir?
Step motor,elektrik enerjisini dönme hareketine
çeviren elektromekanik bir cihazdır.
DC gerilimin uygulandığı sargıların bulunduğu
kısım ‘stator’,dönen kısım ise ‘rotor’ olarak isim len
dirilir.
Elektrik enerjisi alındığında rotor ve buna bağlı
şaft,sabit açısal birimlerde(adım-adım) dönme- ye
başlar.
Step motorları,bir motor turundaki adım sayısı ile
anılır.
Örnek olarak 400 adımlık bir step motor,bir tam
dönüşünde 400 adım yapar.Bu durumda bir adımın açısı
360/400=0.9 derecedir.
Bu değer,step motorun hassası- yetinin bir
göstergesidir.Bir devirdeki adım sayısı yüksel-dikçe step
motorun hassasiyeti de yükselir.
Dolayısı ile maliyeti de yükselir.
Step Motorların Yapısı
Step motor statorunun bir çok kutbu(genellikle sekiz) vardır. Bunların polaritesi
elektronik anahtarlar yardımıyla değiştirilir.Anahtarlama sonucunda statorun ortalama
güney ve kuzey kutupları döndürülmektedir.Rotorun güney kutbu,statorun kuzey kutbu
sıralıdır. Rotorun mıknatıslığı,bir sürekli mıknatıs veya dış uyarım metotlarıyla
oluşturulabilir.Adımları vasıtasıyla ortalama stator alanı döner ve rotorda buna benzer
stepler arasında takip eder.Daha iyi bir seçicilik elde etmek için rotor ve stator üzerine
küçük dişler yapılmaktadır Bu dişler birbiriyle temas etmemelidir.
Çalışma Prensibi
Adım motorlar temelde fırçasız doğru akım motorlarıdır.
Ancak hassas konumlandırma için birkaç farklı özelliği
vardır. Genel bir adım motor düzeneği yandaki gibidir.
Ortadaki sabit mıknatıs kendisini çevreleyen sargılardaki
manyetik alana göre hareket eder.
Bu sargılar sırayla güç verilirse o zaman rotor da bu
manyetik alanı takip etmek zorunda kalacağı için rotora
bağlı şafttan hareket alınmış olur.
Örneğin,şekilde step motoru döndürmek için S1,S2,S3 ve
S4 anahtarlarını sırasıyla teker teker devreye sokmaya
yeterli olacaktır.
Mıknatısların N kutbu kendisini çeken
elektromıknatısları takip etmek zorunda kalacak ve
dönecektir.Şekildeki motorda her bir anahtarlamada motor
90 derece döner.Bu açıya adım açısı denir.
Step motoru tek fazlı devresi
Çalışma Prensibi
Adım motoru,bir daire içindeki elektromanyetik
alanların dönüşü ile ifade edilebilir.
Yandaki şekilde kapandığında rotor kendiliğinden
1.elektromanyetik alan ile aynı hizaya gelecektir.
Bundan sonra 1nolu anahtar açılıp 2nolu anahtar
kapatılırsa rotor 2. elektromanyetik alanın karşısına
gelecektir.
Bu işlem sırayla tekrarlanırsa rotor bir daire içinde
düzgün şekilde döner.Bu şekilde verilen elektrik
akım vurgularının referansı , rotorun dönme hızını
belirler.
Hızlı ivmelenme sonucu step motorda kayma
meydana gelebilir.
Bunun önlenmesi için ivmelenme sırasın da vurgu
sıklığı ayarlanmalıdır.
step motor yarım adım devresi
Yandaki tablo da sargıların hangisine ve kaç
tanesine akım verildiği ve bu akıma göre sürüş
yönteminin nasıl değiştiği gözükmektedir.
Step motorlar anahtarlama sırasına göre tek
fazda,iki fazda ve yarım adımda sürülürler.
Tek fazda,herhangi bir anda tek sargıdan
akım geçtiği için en az enerji harcanır ve torku
düşüktür.
İki fazda,iki sargıdan birden akım geçtiği
için daha yüksek tork değerlerine ulaşılır.
Yarım adım ise rotora fazladan kararlı
konum sağladığından adım sayısı iki katına
çıkar.
Örneğin 200 adımlı bir motorun adım açısı
0.9 derece olur. Tork değerinde tam adım sürüş
yöntemine göre düşme olur
Step motoru tam adim devresi
Step Motorda Karşılaşılan Terimler
1.
Step açısı(SA):Bu,derece cinsinden açısal bir dönme olup,sargı polaritesinin her bir
değişiminde mil döner.Bu,tek bir giriş darbesi ile sağlanır.Derece/step veya sadece
derece olarak ifade edilir.
2.
Dönme Başına Step(SRP):Bu 360 derecelik bir tam dönme için gerekli olan toplam step
sayısını gösterir. SPR=360/SA
3.
Saniye Başına Step(SPS):Motorun gittiği 1 saniyedeki açısal step sayısı, AC ve DC
motorların dakika başına dönme hızı ile karşılaştırılabilir.
4.
Step Doğruluğu:Bu,pozisyon doğruluğu hassasiyeti olup genellikle tek step açısının
yüzdesi olarak ifade edilir.
5.
Artık Tork:Bu tork,güç uygulanmazken durma durumunda vardır.Sadece sürekli
mıknatıslı rotor türündeki motorlarda görülür.
6.
Tork(Moment)-Atalet Oranı(TIR):Bir step motor için yararlılığın tanımıdır. Yüksek
TIR,daha iyi step cevabı şöyle olmalıdır
Step Motorda Karşılaşılan Terimler
Tutma Torku: Oransal güç uygulandığında ve sıfır hızda
motor mili tutma torku etkisindedir.
Motor mili, elle döndürülmeye çalışılırsa manyetik alan
dönmeye karşı koyacaktır.
Ancak mile dışarıdan çok küçük bir tork uygulandığında
tutma pozisyonu terk edilecektir.
Dinamik Tork:Düşük hızda çalıştırılsa bile bir step motorun
geliştirebileceği dinamik tork,her zaman için tutma torkun
dan daha düşüktür.
Örneğin 50 step/sn. hızda sürtünme kuvvetini ve toplam yük
ataletini kıracak dinamik tork,yaklaşık olarak tutma torkunun
%80’i kadardır.
Hız arttıkça tork,yandaki şekildeki gibi azalır.Bu azalmanın
sebebi,stator sargılarının endüktif olmasıdır.
Sürücü devresi:Bu ifade elektronikte motor kontrolü
için tanımlanmış genel bir terimdir. Step motorların
sürülmesi için çok farklı devreler kullanılabilir.
Ancak tüm devrelerde sürücü iki temel kısımdan
oluşur.
Birinci kısım dijital palsleri üreten devre katıdır.
Bu hatta mikro denetleyiciler, bilgisayarın paralel
portu,PIC,PLS sistemleri hatta basit entegreler(555
timer,4017 sayıcı) bile olabilir.
Sürücünün bu katının görevi belirlenen aralıklarla ve
belirlenen sırada çıkışlarının sadece birinde lojik 1(pals),
diğerlerinde lojik 0(şase) vermektedir.
Kontrol katlarının verdiği palsler sadece düşük gerilim
ve akımla çalışan step motorların sürülmesi için yeterli
olabilir.
Step motorların yüksek gerilim ve akım
isteyenlerinin farklı bir kaynaktan beslenmesi
gereklidir.
Bağımsız bir kaynaktan besleme gerilimi ve
kontrol katından da palsleri alarak step motoru
süren devre (bir önceki slayttaki) verilmiştir.
Bu devrede elektronik anahtarlama yapan
transistorlar kullanılmıştır.
Transistorların beyz uçlarına gelen palsler step
motorun ortak uç üzerinden gelen akımın diğer
uçlarının birinin üzerinden toprağa ulaşmasına
izin verir.
Yandaki flip-flop devresi ise en basit motor
sürücü devresidir.
Flip-flopların birbirine ters çıkışları step
motordaki simetrik bobinlerin sürülmesinde
gerekli olan palsleri sağlayabilir.
Step Motor Çeşitleri
Rotor yapısına göre step motorlar 3’e ayrılır;
Değişken relüktanslı
step motorlar
1.Tek parçalı
2.Çok parçalı
Sabit Mıknatıslı step motorlar
Karışık Yapılı step motorlar
Değişken Relüktanslı Step Motorlar
Değişken relüktanslı adım motoru, en temel adım motoru tipidir.
Bu motorun temel prensiplerinin daha iyi anlaşılabilmesi için kesit görünüşü şekilde
gösterilmiştir.
Bu üç fazlı motorun 6 adet stator kutbu vardır. Birbirine 180° açılı olan herhangi iki stator
kutbu aynı faz altındadır.
Bunun anlamı, karşılıklı kutupların üzerindeki sargıların seri veya paralel olması demektir.
Rotor, 4 adet kutba sahiptir. Stator ve rotor nüveleri, genellikle ince tabakalı silisli çelikten
yapılır.
Düşük manyeto motor kuvveti uygulansa bile stator ve rotor malzemeleri yüksek geçirgenlikli
ve içlerinden yüksek manyetik akım geçecek kapasitede olmalıdır.
Sabit Mıknatıslı Step motorlar
Bu tip motorlarda rotor sabit
mıknatıstan yapılmıştır ve
diş(çıkıntı) yoktur.
Rotor, genellikle aşağıdaki
şekillerde
de görüldüğü gibi iki farklı
(“disk” ya da “tin‐can”)
yapıdadır.
 Statorları ise değişken
relüktanslı step
motorlarla aynı yapıdadır.
Disk rotor
Yuvarlak rotor
Sabit Mıknatıslı step motor yapısı
 Basit olarak sabit mıknatıslı bir step motor
örneği yandaki şekilde gösterilmiştir.
İki kutuplu sabit mıknatıslı rotor, oyuklu
4(dört) kutuplu stator içinde döner.
Burada C ile adlandırılan terminal, her bir fazın
birer uçlarının birleştirilerek güç kaynağının
pozitif ucuna bağlandığı ortak uçtur.
Eğer fazlar Faz1, Faz2, Faz3, Faz4 sırasıyla
uyartılırsa; rotor saat ibresi yönünde (CW)
hareket edecektir.
Bu motorda, adım açısının 90° olduğu
görülmektedir. Küçük boyutlu sabit mıknatıslı
rotorda çok sayıda kutup oluşturmak zor
olduğundan bu tip motorlarda adım genişliği 30–
90 derece arasındadır.
Bu tür motorların momenti diğerlerine göre
oldukça düşüktür.
Karışık Yapılı Step motorlar
Rotorunda sabit mıknatıs bulunan bir diğer adım motoru da karışık
yapılı step motordur.
Hybrid kelimesi, motorun sabit mıknatıslı ve değişken relüktanslı
motorların prensiplerinin birleşmesinden dolayı verilmiştir.
Tüm step motorlar içinde melez tip, her türlü doğrusal ve açısal
konumlama sistemlerinde en yaygın kullanılan tiptir.
Karışık yapılı adım motorlarında moment, diş yapılarındaki hava
aralıklarının manyetik alanlarının etkileşimi ile oluşturulur.
Bu tip motorlarda sürekli mıknatıs, sürücü kuvveti oluşturmak için
önemli rol oynamaktadır.
Fakat karışık yapılı step motordaki rotor ve stator dişlerinin küçük
adım açıları elde etmek için dizayn edildiği bilinmelidir.
Bu motorun hem rotoru hem statoru çıkıntı şeklindeki dişlere
sahiptir. Rotor, yumuşak demirden yapılmıştır.
Bu sayede statordaki sargılarda oluşan manyetik alan, kendisine en
yakın rotor dişlilerini çekerek dönüşü sağlamaktadır.
Hiybrid tipi adım motorların dönüş derecesi 1,8° gibi çok küçük
değerlere indirilebilmektedir
Melez Rotor
Melez step motor ve yapısı
Step Motorun Kullanım Alanları
Step motorlar uzun yıllardır var olmalarına rağmen
ticari olarak kullanılmaları ancak 1960’lı yıllarda
yüksek seviyeli doğru akımları anahtarlaya bilen
transistörlerin üretimine başlanmasıyla
yaygınlaşmıştır.
1970’li yıllardan beri dijital elektronikteki ve
mikroişlemci teknolojisindeki gelişmelerle birlikte
adım motorlarının kullanımı giderek cazipleşmekte
ve tüm dünyada bu motorların üretim ve
uygulamalarıyla ilgili geliştirme çalışmaları
yapılmaktadır.
 Günümüzde adım motorları endüstride birçok
kontrol sistemlerinde, özellikle konum kontrolünde
kullanılmaktadır.
tb6560 3 eksen cnc step motor sürücü driver
En çok yazıcılar (printer), çiziciler (plotter),
disket sürücüler (floppy driver), harddisk
sürücüler ( harddisk driver), kart okuyucular
v.b. gibi bilgisayar çevre cihazlarında bu
elemanlardan yararlanılmaktadır.
Ayrıca sayısal kontrol sistemlerinde, CNC
tezgahlarda, proses kontrol sistemlerinde,
robot teknolojisinde ve uzay endüstrisine ait
bir çok sistemde adım motorları tahrik
elemanı olarak yer almaktadır.
MSP430 ile step motor hız uygulamaları
Step Motorların Avantajları
Dijital giriş işaretlerine cevap verirler, bu nedenle
mikroişlemci veya bilgisayarlarla kontrol için ideal
elemanlardır.
Birçok uygulamada geri beslemeye ihtiyaç duymaksızın
açık çevri çalıştırıla bilmektedirler.
Giriş işaretlerinin frekansına bağlı olarak çok geniş bir
hız aralığında çalıştırılabilirler.
Herhangi bir hasara yol açmadan defalarca durdurulup
çalıştırılabilirler.(Sürerken aniden durdurma yada aniden
ters yönde sürme isteğine karşı mükemmel cevap
verebilirler)
Aşırı yüklemeden hasar görmezler,oldukça
dayanıklıdırlar. Her yeni adımla artan(kümülatif) konum
hataları yoktur.
Mekanik yapısı basit olduğundan bakım gerektirmezler.
Yağlanma ve kirlenme problemleri yoktur.
Step Motorların Dezavantajları
Adım açıları sabit olduğundan rotordan alınan
hareket sürekli değil darbelidir.
Klasik sürücülerle kullandıklarında verimleri
düşüktür.
Adım cevapları nispeten büyük aşım ve salınımlıdır.
Yüksek eylemsizlikli yüklerde yetenekleri sınırlıdır
Sürtünme kaynaklı yükler,hata kümülatif olmasa
dahi açık çevrim çalışmada konum hatası meydana
getirebilirler.
Elde edilebilecek çıkış gücü ve momenti sınırlıdır
İyi kontrol edilmezse rezonans meydana gelebilir.
Çok yüksek hızlarda çalıştırmak mümkün
olmayabilir.
Kaynaklar
 •http://megep.meb.gov.tr/mte_program_modul/modul_pdf/523EO0063.pdf
 •http://megep.meb.gov.tr/mte_program_modul/modul_pdf/522EE0096.pdf
 •Odtü Robot Topluluğu(http://robot.metu.edu.tr/index.php?link=5)
 •http://hbogm.meb.gov.tr/modulerprogramlar/kursprogramlari/elektrik/modull
er/stepveservomotorlar.pdf
 •İstanbul Teknik Üniversitesi IEEE öğrenci kolu
(ieee.itu.edu.tr/lab/stepmotor.pdf)
Beni Dinlediğiniz için
TEŞEKKÜRLER …

similar documents