Adım motorları ve servo motorlar

Step motorlar ve servolar Bimba OLE aktüatörleriyle kullanılabilir. Pozisyon kontrolü için en iyi motor teknolojisidir. Hangisinin kullanılacağı seçimi hıza, torka, fiyata ve sıklıkla teslimat süresine bağlıdır. Aşağıdaki tartışma iki teknoloji arasındaki farkları açıklar.

Adım Motoru Tasarımı

Adım motorları, bir saatin kolları gibi adımlarla hareket ettikleri için "dijital motorlar" olarak adlandırılır. İlk bobin enerjilendirildiğinde, rotor dişleri ilk stator sargısındaki dişlerle hizalanır ve pozisyonunu korur. İkinci sargı enerjilendirildiğinde, rotordaki dişler hafifçe hareket eder ve ikinci stator sargısıyla hizalanır ve pozisyonunu korur. Bu örnekteki toplam hareket bir tam adımdır.

Tipik olarak, adım başına 1,8 derecelik bir adımla devir başına 200 adım vardır. Elektronik adım motoru denetleyicilerinin geliştirilmesi, adım motorlarını mümkün kılmıştır. Elektronik cihazların sargıları doğru zamanda, doğru voltaj ve akımla, doğru fazda ve doğru sırayla çalıştırması gerekir. Denetleyiciler, adım motorlarını devir başına 20,000 adıma kadar hareket ettirebilecek şekilde evrimleşmiş ve 100 kat daha ince hareket (adım başına 0,018 derece) sağlamıştır.

Adım Motoru Sistem Bileşenleri

Adım motorlarının performansını anlayabilmek için, adım motor tabanlı bir sistemin bileşenlerini anlamak faydalı olacaktır.

Motor ve Aktüatör:Motor ve aktüatörü birlikte bir kolun eşdeğeri olarak düşünün. Güç olmadan hareket etmeyecektir.

• Çıktı: Hareket eden yükün itme kuvveti ve hızı.
• Giriş: Step motor sürücüsünden gelen güç.

Aktüatör:Kolun hareket etmesini sağlayan kasın çalıştırılmasına yarayan cihaza aktüatör adı verilir.

• Çıkış: Motor sargılarına, aktüatör "kolunu" istenen yönde hareket ettirmek için doğru miktarda ve doğru sırayla güç verilir. Aktüatörler, DC güç kaynağı gibi bir güç kaynağı gerektirir. DC güç kaynağının voltaj çıkışı, aktüatör aracılığıyla doğrudan motor sargılarına iletilir. Motor sargıları boyunca akım ve voltaj, motorun tork çıkışıyla orantılıdır ve bu nedenle aktüatörün itme çıkışıyla orantılıdır. Genel olarak, voltaj ve akım ne kadar yüksekse, itme de o kadar yüksek olur. Belirli bir noktanın üzerinde, akımdaki bir artış yalnızca motor sargısı sıcaklığını artıracaktır, tork çıkışını değil.
• GİRİŞ: Kontrolörden gelen adım darbelerini ve yön komutlarını kabul eder. Her elektronik adım darbesi, motor sargılarının enerjilendirilme şeklini değiştirir, bu da motorun bir adım dönmesine neden olur ve bu da aktüatörü hareket ettirir.

Denetleyici:Kontrolörü kasları yöneten beyin olarak düşünün.

• Çıkışlar: Sürücüye adım ve yön darbeleri sağlanır. PLC'ye ayrıca çeşitli çıkışlar sağlanır; bunlara veri yolları üzerinden iletişim (RS232, RS485, Ethernet IP, Profibus, vb.), yerinde sinyaller, alarmlar ve hata çıkışları dahildir.
• Girdi: Çeşitli kaynaklardan gelen girdilerin akıllı ve sistematik yönetimi.

Manyetik anahtarlar

Makinenin başka yerlerindeki sensörler
Programlanabilir kontrolör çıkışları
PLC'lerden gelen veri yolu iletişimleri
Motorlardan gelen kodlayıcı sinyalleri

Kodlayıcı:Kodlayıcı sistemin "gözü"dür. Kontrolöre komutlarının yürütülüp yürütülmediğini söyler. Kontrolör sürücüye gönderdiği adım darbelerini kodlayıcıdan aldığı darbelerle karşılaştırır. Gönderdiği darbeler aldığı darbelere eşitse, kontrolör komutunun yürütüldüğünü bilir. Eşit değillerse, kontrolör doğru sayıda kodlayıcı darbesi alana kadar motoru ayarlar.

Tartışma kolaylığı için sistem blok diyagramı tüm işlevsel bileşenleri uygun bir şekilde ayırır. Üreticilerin işlevleri birleştirmesi yaygındır. Örneğin, denetleyiciler genellikle dahili sürücülere ve bazılarının dahili güç kaynaklarına sahiptir. Bazı motorların dahili kodlayıcıları ve bazılarının dahili sürücüleri ve denetleyicileri vardır. Bazı PLC'lerin dahili denetleyicileri vardır.

Adım motorunun performansı
Adım motorlarının doğal bir avantajı vardır:

• Adım motorları en ucuz pozisyon kontrol motor teknolojisidir.
• Adım motorları enkodere ihtiyaç duyulmadan açık çevrimde kullanılabilir.
• Adım motorları düşük hızlarda çok yüksek tork sağlarlar.
• NEMA çerçeve boyutları standart montaj ve şaft çaplarıyla mevcuttur.

Adım motorlarının kendine özgü dezavantajları vardır:

• Adım motorları düşük hızlarda yüksek tork sağlarken, hız arttıkça tork çıkışı hızla azalır.
• Adım motorları senkron dışı hale gelebilir; yani, kontrol cihazından gelen adım darbeleriyle senkron dışı olabilir. Başka bir deyişle, kontrol cihazından gelen adım darbeleri motorun sargıları için elektrik enerjisine dönüştürülür, ancak motor dönmez. Bu, bir yükü hareket ettirmek için gereken tork, istenen hızda motorun tork kapasitesini aştığında olur. Bu sorunu önlemek için:
• Motor boyutunu artırın. Motoru, gereken maksimum torkun iki katını sağlayacak şekilde boyutlandırın.
• Motor torkunun yeterli olduğu noktaya kadar hızı azaltın.
• Motor sargılarına giden voltajı artırın (büyük güç kaynağı).
• Motor sargılarına giden akımı artırın (büyük güç kaynağı).
• Pozisyonu izlemek ve atlanan adımları düzeltmek için bir kodlayıcı kullanın.
• Senkronizasyonu zordur çünkü hata düzeltme gerçek zamanlı olarak sürekli olarak değil, vuruşun sonunda yapılır.
   

Servo Motor Tasarımı
Tanımı gereği, servo, geri bildirime sahip herhangi bir cihazdır. Servo motorlar, manyetik rotorun dönmesine (spin) neden olan bir sırayla servo sürücü veya amplifikatör tarafından enerjilendirilen stator üzerinde bobinlere sahiptir. Kontrolörün bir sonraki hangi sargıyı enerjilendireceğini belirlemesi için, rotorun mevcut konumunu bilmesi gerekir. Bu algılama, Hall sensörleri veya çift işlevli kodlayıcılar kullanılarak gerçekleştirilir.

Servo Motor Sistem Bileşenleri
Bir servo sisteminin blok diyagramı, bileşenler teknik olarak farklı olsa da bir step motor sisteminin blok diyagramıyla aynıdır. Servo amplifikatörler, step motor sürücülerine işlevsel olarak eşdeğerdir. Step motorlarda olduğu gibi, işlevler genellikle üretici tarafından birleştirilir.

Servo Motor Performansı
Servoların doğal bir avantajı vardır:

• Yüksek hız
• Yüksek ivme
• Yüksek doğruluk
• Daha yüksek hızlarda daha yüksek tork
• Birden fazla motor kolayca senkronize edilebilir (gerçek zamanlı hata düzeltme)

Servoların kendine özgü dezavantajları vardır:

• Adım motorlarından daha karmaşık bir sistem
• Motorun optimum performans için ayarlanması gerekir
• Adım motorlarından daha pahalı bir sistem
• Adım motorlarına göre en düşük hızlarda daha az tork
• Standart dışı montaj geometrisi (üreticiye göre değişir) ve mil çapı
• Eşdeğer boyuttaki adım motorlarına göre düşük hızlarda daha az tork
   

Elektrikli aktüatörlerle kullanımın etkileri
Hangi teknoloji kullanılırsa kullanılsın, aktüatör tasarımına uygun olması gerekir.

• Düşük hızlı bir servo, bir adım motoruyla aynı düşük hızlı aktüatör performansını elde edemeyebilir.
• Aynı aktüatörde bir adım motorunun bir servo ile değiştirilmesi, diğer aktüatör bileşenleri performansı sınırlayabileceğinden, daha yüksek hızlarda mutlaka daha fazla itme gücü üretmeyecektir.

Uygulamaya bağlı olarak, her iki motor teknolojisinin de avantajları vardır. Aşağıdaki tablo bir kılavuz olarak kullanılabilir.