ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)

1
ADIM MOTORLARI (STEP or STEPPER MOTORS)
Adim motorlari (Step Motors), girislerine
uygulanan darbe dizilerine karsilik analog dönme
hareketi yapan firçasiz, sabit miknatis kutuplu
DC motorlardir. Sabit miknatis kutuplar hareketli
kisimda yer alir. Yapi olarak klasik tip firçali
DC motorlara benzemezler. DC gerilimin
uygulandigi sargilarin bulundugu kisim stator,
dönen kisim ise rotor olarak isimlendirilir.
2
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
ADIM MOTORLARIN KULLANIM ALANLARI
Step motorlar uzun yillardir var olmalarina
ragmen ticari olarak kullanil-malari ancak
1960li yillarda yüksek seviyeli dogru akimlari
anahtarla-yabilen transistörlerin üretimine
baslanmasiyla yayginlasmistir. 1970li yillardan
beri dijital elektronikteki ve mikroislemci
teknolojisindeki gelis-melerle birlikte adim
motorlarinin kullanimi giderek caziplesmekte ve
tüm dünyada bu motorlarin üretim ve
uygulamalariyla ilgili gelistirme çalisma-lari
yapilmaktadir. Günümüzde adim motorlari
endüstride birçok kontrol sistemlerinde,
özellikle konum kontrolünde kullanilmaktadir. En
çok yazi-cilar (printer), çiziciler (plotter),
disket sürücüler (floppy driver), harddisk
sürücüler ( harddisk driver), kart okuyucular
v.b. gibi bilgisayar çevre cihazlarinda bu
elemanlardan yararlanilmaktadir. Ayrica sayisal
kontrol sistemlerinde, CNC tezgahlarda, proses
kontrol sistemlerinde, robot teknolojisinde ve
uzay endüstrisine ait bir çok sistemde adim
motorlari tahrik elemani olarak yer almaktadir.
3
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
ADIM MOTORLARININ AVANTAJLARI

• Dijital (sayisal) giris isaretlerine cevap
  verirler, bu nedenle mikroislemci
• veya bilgisayarlarla kontrol için ideal
  elemanlardir.
• Bir çok uygulamada geri beslemeye ihtiyaç
  duyulmaksizin açik çevrim
• çalistirilabilmektedirler.
• Giris isaretlerinin frekansina bagli olarak çok
  genis bir hiz araliginda
• çalistirilabilirler.
• Herhangi bir hasara yol açmadan defalarca
  durdurulup çalistirilabilirler.
• (Sürerken aniden durdurma ya da aniden ters
  yönde sürme istegine karsi
• mükemmel cevap verebilirler.)
• Asiri yüklenmeden hasar görmezler, oldukça
  dayaniklidirlar.
• Her yeni adimla artan (kümülatif) konum hatalari
  yoktur.
• Mekanik yapisi basit oldugundan bakim
  gerektirmezler.
• Yaglanma ve kirlenme problemleri yoktur.

4
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
ADIM MOTORLARININ DEZAVANTAJLARI

• Adim açilari sabit oldugundan rotordan alinan
  hareket sürekli degil
• darbelidir.
• Klasik sürücülerle kullanildiklarinda verimleri
  düsüktür.
• Adim cevaplari nispeten büyük asim ve
  salinimlidir.
• Yüksek eylemsizlikli yüklerde yetenekleri
  sinirlidir.
• Sürtünme kaynakli yükler, hata kümülatif olmasa
  dahi açik çevrim
• çalismada konum hatasi meydana getirebilirler.
• Elde edilebilecek çikis gücü ve momenti
  sinirlidir.
• Iyi kontrol edilmezse rezonans meydana
  gelebilir.
• Çok yüksek hizlarda çalistirmak mümkün
  olmayabilir.

5
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
ADIM MOTORU ÇALISMA PRENSIBI
Adim motorlari basta da belirtildigi gibi bir
dizi kisa elektrik akimiyla hareket ederler.
Stator (hareketsiz kisim), birbirine dik manyetik
alan üreten iki ayri bobin grubundan olusur. Bu
bobinlere sirayla elektrik akimi verilerek
statorun içerisinde döndürme etkisine sahip bir
manyetik alan olusmasi saglanir. Statorun
içindeki rotor (hareketli kisim) bobinler
tarafindan sirayla olusturulan manyetik alanla
polarize olarak döner. Her bir elektrik akim
vurgusu (pulse) rotorun belli bir açi kadar (bir
adim) dönmesine neden olur. Eger güç sadece bir
bobine verilirse manyetik alanin etkisiyle rotor
sabitlenecektir, bu da motorun durdurulmasinda
kullanilir.
6
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
ADIM MOTORU ÇALISMA PRENSIBI
Adim motoru, bir daire içindeki elek-tromagnetik
alanlarin dönüsü ile ifade edilebilir. Yandaki
sekilde 1 nolu anahtar (SW1) kapandiginda rotor
kendiliginden 1. elektroman-yetik alan ile ayni
hizaya gelecektir. Bundan sonra 1 nolu anahtar
açilip 2 nolu anahtar kapatilirsa rotor 2.
elektromagnetik alanin karsisina gelecektir. Bu
islem sirayla tekrar-lanirsa rotor bir daire
içinde düzgün sekilde döner. Bu sekilde verilen
elektrik akim vurgularinin frekansi, rotorun
dönme hizini belirler. Hizli ivmelenme sonucu
step motorda kayma meydana gelebilir bunun
önlenmesi için ivmelenme sirasinda vurgu sikligi
ayarlanmalidir.
7
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
Rotor yapisina göre adim motorlari 3e ayrilir

1. Degisken Relüktansli (Variable Reluctance)
2. Sabit Miknatisli (Permenant Magnet)
3. Melez ya da Karisik Yapili (Hybrid)

8
(No Transcript)
9
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)

• 1. Degisken Relüktansli (Variable Reluctance)
  Adim Motoru

Bu tip motorlarin yapisi asagida sekilde
görüldügü gibidir. Rotor yumusak demirden
yapilmistir ve çikintilidir, rotor ve stator
dislerinin sayisi esit de-gildir. Sekildeki
motorda rotor 4, stator 6 dise sahiptir. Bir faz
uyarildiginda asil askiyi sadece iki rotor disi
tasir.
Bu arada diger rotor dis çifti ise uya-rilmamis
stator dislerinin tam ortasin-dadir. Eger
uyarilan fazlarda degisik-lik yapilirsa, yeni
uyarilan stator fa-ziyla karsi karsiya gelecek
olan rotor disleri bu disler olacaktir. Adim
açila-ri (?s) tipik olarak 2, 2.5, 5, 7.5,
15, 30 seklindedir.
10
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
1. Degisken Relüktansli (Variable Reluctance)
Adim Motoru
Degisken relüktansli motorun stator ve rotor
disleri arasindaki hava ara-ligi, küçük çapli
rotordan mümkün oldugunca büyük tork üretebilmek
ve konumlamada yüksek dogruluk elde edebilmek
için mümkün mertebe küçük tutulmalidir. Hava
araligi digerinden biraz daha büyük olan iki step
motora ayni degerde manyetik kuvvet
uygulandiginda, küçük hava arali-gi yüksek torku
üreten manyetik akiyi verecektir ve ayrica rotora
disari-dan bir kuvvet uygulandiginda küçük
araligin denge pozisyonundan uzaklasmasinin da az
olacagi açiktir. Modern motorlarda bu aralik 30
ila 100 µmdir. Bu tip motorlarda rotor, manyetik
özellik tasimamali, hafif ve küçük bo-yutlu
yapilmalidir. Rotor ölçülerinin küçük yapilmasi
eylemsizlik momen-tinin de küçük olmasini saglar.
Böylece uygulanan gerilimin meydana getirecegi
moment sebebiyle rotor çok çabuk hareketlenir.
Degisken re-lüktansli adim motorlarinin baslama
ve durma adimlari, sabit miknatisli adim
motorlarindan daha hizlidir.
11
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
2. Sabit Miknatisli (Permenant Magnet) Adim Motoru
Bu tip motorlarda rotor sabit miknatistan
yapilmistir ve dis(çikinti) yoktur. Rotor,
genellikle asagidaki sekillerde de görüldügü gibi
iki farkli (disk ya da tin-can) yapidadir.
Statorlari ise degisken relüktansli step
motorlarla ayni yapidadir.
Disk rotor
Yuvarlak(tin-can) rotor
12
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
2. Sabit Miknatisli (Permenant Magnet) Adim Motoru
Basit olarak 4-fazli sabit miknatisli bir step
motor örnegi yandaki sekilde gösterilmistir. Iki
kutuplu sabit miknatisli rotor, oyuklu 4(dört)
kutuplu stator içinde döner. Burada C ile
adlandirilan terminal, herbir fazin bi-rer
uçlarinin birlestirilerek güç kaynaginin pozitif
ucuna baglandigi ortak uçtur. Eger fazlar Faz1,
Faz2, Faz3, Faz4 sirasiyla u-yartilirsa rotor
saat ibresi yönünde (CW) hareket edecektir. Bu
motorda, adim açisi-nin 90 oldugu açikça
görülmektedir. Kü-çük boyutlu sabit miknatisli
rotorda çok sa-yida kutup olusturmak zor
oldugundan bu tip motorlarda adim genisligi 3090
derece arasindadir. Bu tür motorlarin momenti
digerlerine göre oldukça düsüktür.
13
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
3. Melez (Hybrid) Adim Motoru
Melez adim motorlarin rotoru, sekilde görüldügü
gibi, ayni mil üzerine yer-lestirilmis birbirinin
aynisi olan çikintili(dis) iki yumusak demir ve
bu yumu-sak demirlerin arasina yerlestirilmis bir
sabit miknatistan olusur.
14
(No Transcript)
15
(No Transcript)
16
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
3. Melez (Hybrid) Adim Motoru
Melez adim motorlarinda tipik olarak 8 stator
kutbu bulunur. Her kutupta bulunan dis sayisi 2
ila 6 arasindadir.
17
(No Transcript)
18
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
3. Melez (Hybrid) Adim Motoru
Melez adim motorlarinda iki farkli sargi
kullanilir. Her bir sargi (faz), sekiz stator
kutbundan dördünü dolasir. A ve B sargilari 1, 3,
5, 7 kutuplari üzerinde ise, C ve D sargilari 3,
4, 6, 8 kutuplarindadir. Bu tip motorlarin rotoru
sabit miknatisli oldugundan, her zaman için bir
tutma veya kalinti torku vardir. Tüm adim
motorlari içinde melez tip, her türlü dogrusal ve
açisal konumlama sistemlerinde en yaygin
kullanilan tiptir.
19
(No Transcript)
20
(No Transcript)
21
(No Transcript)
22
(No Transcript)
23
(No Transcript)
24
(No Transcript)
25
(No Transcript)
26
(No Transcript)
27
(No Transcript)
28
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
ADIM MOTORLARINA AIT BAZI ÖNEMLI KAVRAMLAR
1. Adim Tepkisi / Tek Adim Tepkisi / Cevap
Süresi / (Single Step Response)
Motora uygulanan giris darbeleri ile çi-kis
hareketi arasindaki senkronizas-yonu bozmamak
için, sürme esnasin-da iki darbe arasindaki süre,
cevap süresinden daha kisa olmamalidir. Cevap
süresinin kisaltilabilmesi, mo-torun daha hizli
adim atabilmesini saglayacaktir.
29
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
ADIM MOTORLARA AIT BAZI ÖNEMLI KAVRAMLAR
1. Adim Tepkisi / Tek Adim Tepkisi / Cevap
Süresi / (Single Step Response)
Motor fazlarindan biri uyarilmis durumdaysa,
motor kararli bir adim konu-mundadir. Bu fazin
uyartimi kesilip yeni bir faz uyartilirsa rotor
bir adim atacaktir. Rotor konumunun zamana göre
degisimi tek adim tepkisi ola-rak tanimlanir.
Bir baska deyisle motorun girisine bir komut
sinyali uygu-landiktan sonra motorun adimlara
cevap vermek için gerekli olarak aldigi zamana
(T) tek adim tepkisi, adim tepkisi ya da
cevap süresi denir. Bu süre hem motor
parametrelerine hem de motorun sürücü devresine
baglidir ve yaklasik olarak milisaniye
civarlarindadir. Tek adim tepkisi, motorun adim
hareketinin hizini, tepkinin asim ve salinim
miktarini, adim açisinin hassasligini veren
önemli bir parametredir. Adim motorlarindan
maksimum performans elde edebilmek için tek adim
tepkisindeki asim ve salinimlarin azaltilmasi ve
yerlesme zamaninin kisaltilmasi gerekir. Bu
nedenle tek adim tepkisinin iyilestirilmesi adim
motorlarinin kontrolünde çok büyük öneme
sahiptir.
30
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
ADIM MOTORLARA AIT BAZI ÖNEMLI KAVRAMLAR
2. Adim Orani (Stepping Rate / Starting Pulse
Rate)
Bir saniyede rotorun yapabildigi adim sayisidir.
Bu adim sayilari, tipik olarak saniyede 300 ila
800 arasinda olabilmektedir.
3. Adim Açisi (Step Angle)
Ilgili stator kutup sargisina enerji
uygulandiginda rotorun döndügü açidir. Bugün için
90 den 0.72 ye kadar degisen aralikta adim
açilarina sahip motorlar üretilmektedir. Adim
açisi hesabi asagidaki gibi yapilir
?s Adim açisi (Step angle) Ns Stator Kutup
(Dis) sayisi Nr Rotor Kutup (Dis) sayisi
N
31
(No Transcript)
32
(No Transcript)
33
(No Transcript)
34
(No Transcript)
35
(No Transcript)
36
(No Transcript)
37
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
ADIM MOTORLARA AIT BAZI ÖNEMLI KAVRAMLAR
3. Adim Açisi (Step Angle)
BDAS Bir Devirdeki Adim Sayisi FS Faz
Sayisi (4 uç 2 Faz, 5-8 uç 4 Faz)
38
(No Transcript)
39
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
ADIM MOTORLARA AIT BAZI ÖNEMLI KAVRAMLAR
4. Adim Açisi Dogrulugu (Step Angle Accuracy)
Rotorun yaptigi her bir adimdaki hata miktarini
gösterir. Bu parametre genellikle bir yüzde ile
verilir. Rotor bir adim döndügünde meydana ge-len
toplam hata oranini gösteren bu parametrenin
yazilmasi önemlidir. Bu hata degeri
kümülatif(birikimli) degildir. Yani rotorun
yaptigi her adim ile bu hata miktari toplanarak
gitmez. Rotorun gerçek hizi, adim açisi ve adim
hizina baglidir.
40
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
ADIM MOTORLARA AIT BAZI ÖNEMLI KAVRAMLAR
5. Asma (Overshoot)
Ilgili stator kutup sargisi enerjilendiril-diginde
, rotorun harekete baslayip sta-tor kutup
eksenine geldiginde durmasi adim motorundan
istenen çalisma bi-çimidir. Ancak, rotor kayda
deger bir hizla hareket ediyorsa, rotor stator
kut-bunun eksenine geldiginde duramaz, bir miktar
ileri geçer, buna asim (overshoot) denir.
Asimdan sonra kut-bun etkisi ile tekrar geri
gelir ve sönümlü osilasyon seklinde bir davra-nis
sergiler. Bu osilayonu önlemek için ya sürtünme
artirilir ya da frenleme tertibatlari kullanilir.
41
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
ADIM MOTORLARA AIT BAZI ÖNEMLI KAVRAMLAR
6. Enerjisiz Tutma Momenti (Detent Tourque)
Motor enerjisiz iken rotor-stator dislerindeki
etkilesimden dolayi olusan moment demektir. Diger
bir ifadeyle sargilara besleme gerilimi
uygulanmiyorken, adim motorunun milini döndürmek
için gerekli olan maksimum moment miktaridir.
7. Enerjili Tutma Momenti (Holding Tourque)
Holding Torque, tutma torku ya da statik tork
olarak da bilinir. Sargilardan sadece birisinden
nominal degerde akim akitiliyorken milden alinan
tork demektir. Diger bir ifadeyle enerjili halde
motor duruyorken üretilen maksimum tork
miktaridir. Tutma torku bir adim motorunun en
temel moment karakteristigidir ve pratik olarak
su sekilde ölçülebilir
42
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
ADIM MOTORLARA AIT BAZI ÖNEMLI KAVRAMLAR
Enerjili Tutma Momentinin Ölçülmesi
Motor miline sekilde görüldügü gibi L uzunlugunda
agirliksiz bir çubuk baglanir ve çubugun yatayla
sifir derece açi yapmasi saglanir. Stator
sargisindan nominal degerde akim akitilir. Sonra
çubugun ucuna, çubuk harekete baslayincaya kadar
agirliklik konur. Dönme hareketini saglayan
agirlik degeri asagidaki denklemde yerine
konularak tutma momenti bulunmus olur.
Tutma Torku L x M x 9,81
(Yerçekimi Ivmesi) (N.m) (m) x
(Kg) x (N/Kg)
43
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
ADIM MOTORLARA AIT BAZI ÖNEMLI KAVRAMLAR
8. Kalkistaki Maksimum Yük Momenti (Pull-in
Torque)
Özellikle açik döngülü sistemlerde duran bir
sistemi istenen pozisyona getirebilmek için
motora uygulanan uyartim darbelerinin motor
tarafindan hiç kaçirilmadan takip edilmesini
saglamak çok önemlidir. Fakat uygula-nan uyartim
sinyallerin sikligi, motorun miline bagli yükü
sifir hizindan itibaren kaldirip hizlandirmasina
izin vermeyebilir. Bu yüzden adim mo-torlari
için, kalkista maksimum yük momenti egrileri
tanimlanir.
9. Sürekli Rejimdeki Maksimum Yük Momenti
(Pull-Out Torque)
Kalkistan sonraki yük momentidir. Bu parametre de
motor hizina bagli olarak degismektedir ve
sürekli rejimde maksimum yük momenti egrisin-den
bahsedilir.
44
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
ADIM MOTORLARA AIT BAZI ÖNEMLI KAVRAMLAR
Moment-Hiz Grafikleri
Klasik motorlarda bu egriye kar-silik gelebilecek
bir karakteristik yoktur. Maksimum yük momenti
egrisi, çalisma noktalarini gös-termedigi gibi
bir transfer fonk-siyonu egrisi de degildir.
Sade-ce, çalisma bölgesini sinirlar. Bu egrinin
sinirladigi bölge içinde herhangi bir noktada
motor giris darbe dizilerini kaybetmeden ve durma
tehlikesi olmadan ilgili hiz ve yük momenti ile
çalisir. Sinir-larin disina çikildiginda bu
du-rum degisebilir.
45
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
ADIM MOTORLARA AIT BAZI ÖNEMLI KAVRAMLAR
10. Stator Sargi Gerilimi
Stator sargi gerilimi degeri, rotor hareketsizken
tutma momentinin olustu-rulmasi için gerekli
voltaj degeridir. Bu voltaj degeri etiket akimina
bölü-nürse ilgilenilen fazin sicak sargi direnci,
dirence bölünürse sargi akimi bulunmus olur.
Sargidan nominal akimdan fazla akim geçirmemek
gerekir.
46
(No Transcript)
47
(No Transcript)
48
(No Transcript)
49
(No Transcript)
50
(No Transcript)
51
(No Transcript)
52
(No Transcript)
53
(No Transcript)
54
(No Transcript)
55
(No Transcript)
56
(No Transcript)
57
(No Transcript)
58
(No Transcript)
59
(No Transcript)
60
(No Transcript)
61
(No Transcript)
62
(No Transcript)
63
(No Transcript)
64
(No Transcript)
65
(No Transcript)
66
(No Transcript)
67
(No Transcript)
68
(No Transcript)
69
(No Transcript)
70
(No Transcript)
71
(No Transcript)
72
(No Transcript)
73
(No Transcript)
74
(No Transcript)
75
(No Transcript)
76
(No Transcript)
77
(No Transcript)
78
(No Transcript)
79
(No Transcript)
80
(No Transcript)
81
(No Transcript)
82
(No Transcript)
83
(No Transcript)
84
(No Transcript)
85
ADIM MOTORLARI (STEP MOTORS)
Bipolar iki yönlü beslenen anlamina gelir ve
Bipolar step motor, iki yönde de akim akabilen
motor demektir. Bipolar motorlarin sadece 4 ucu
vardir.