ÖZEL TASARIMLI MOTORLAR. Elektrik Motorları ve Sürücüleri

Transkript

1 ÖZEL TASARIMLI MOTORLAR Elektrik Motorları ve Sürücüleri

2 Genel Kavramlar

3 Motor sarımı görüntüleri

4

5 Sağ el kuralı bobine uygulanırsa: 4 parmak akım yönünü Başparmak N kutbunu gösterir

6 N ve S kutbunun oluşumu Manyetik alan yönü N den S e doğrudur.

7 Lenz kanununa göre; iletken bir manyetik alan içinde hareket ettirilirse uçları arasında potansiyel fark oluşur. Aynı şekilde bir manyetik alan iletkeni kesecek şekilde hareket ettirilirse yine iletken uçlarında potansiyel fark oluşur. Bu potansiyel fark e=b.l.v formülü ile bulunur.

8 sol el kuralı: Sol el kuralına göre; işaret parmağı yönünde bir manyetik alanın (B) olduğu ortama, üzerinden orta parmak yönünde akım (I) geçen bir iletken sokulursa, iletkene baş parmak yönünde bir kuvvet (F) etkidiği görülür.

9 DC Motorların Çalışma Esasları İçerisinden akım geçen iletken, manyetik alana sokulursa iletkene bir kuvvet etkir. FBI (unutulmasın)

10

11

12 DOĞRU AKIM (DC)MOTORLARI

13 DA Motorunun Çalışması Doğru akım motoru, içinden akım geçen iletkenin manyetik ortam dışına itilmesi prensibine göre çalışır. Motorlarda manyetik alanı endüktör oluşturmaktadır. İçinden akım geçen iletkenler ise endüvi üzerinde bulunur. Endüvi üzerindeki iletkenlere fırça ve kolektör yardımıyla doğru gerilim uygulanır. İletkenden geçen akım yön değiştirirse itilme yönü de değişir. İtilme yönünün değişmesi motorun dönüş yönünü de değiştirir.

14 DC motorlar Motorun dairesel hızı uygulanan voltajla doğru orantılıdır. Endüvi gerilimini değiştirerek devri ayarlamak mümkündür. Döndürme momenti (tork) bobin akım gücü ile doğru orantılıdır. Endüvi akımını değiştirerek torku ayarlamak mümkündür. Sürücü devreleri ile DC motorların hızları, dönüş yönleri ve momentleri çok hassas olarak denetlenir. DC servo motorlar üzerinde yer ve hız algılayıcıları bulunur. Eğer hareket hassas bir şekilde kontrol edilmek isteniyorsa bu motorlar da tercih edilebilir.

15 DC Motorun Genel Yapısı ve parçaları 1) Endüktör(stator) 2) Endüvi(rotor) 3) Kollektör 4) Fırçalar 5) Yatak ve kapaklar

16

17 Endüvi (Rotor,armatür,dönen kısım)

18 Endüvi (Rotor,armatür,dönen kısım) DA makinelerinde dönen, mekanik enerjinin alındığı kısımdır. Endüvi üzerinde kollektör ve preslenmiş saç paket bulunur. Saç üzerindeki emaye yalıtkanlı iletkenlerden akım geçtiğinde motor olarak çalışır, yani döner. Manyetik alan içindeki endüvi dışarıdan bir kuvvetle döndürülürse, gerilim üretir. Yani dinamo görevi yapar. Kollektöre iki ya da daha fazla fırça ile doğru gerilim uygulanır. Endüvi üzerinde kollektör vardır ve bakır dilimlerden oluşur. Bu dilimlere endüvide bulunan iletkenler lehimlenir.

19

20 Fırça ve Kollektör DC motorlarda motorun hareketli kısmı olan rotor(endüvi) sargılarına gerilim uygulanması için kullanılan ara bağlantı elemanına fırça, Fırçaların temas ettiği endüvinin bölümüne ise kollektör veya komütatör denir. DC motor fırçaları bakır alaşımlardan yapılabildiği gibi genellikle karbon alaşımlardan yapılmaktadır. Bu nedenle DC motor fırçalarına kömür de denmektedir. DC motorlarda kullanılan fırça ve kollektör sistemleri bu motorların en çok sorun çıkaran bölümleridir. Kullanılan DC motorların belirli periyotlarda bakımları yapılmalı, bu bakımlar sırasında fırça ve kollektörleri kontrol edilmelidir. Fırça boyları çok fazla kısalmışsa fırçalar değiştirilmeli, kollektör üzerinde deformasyonlar varsa ince zımpara ile giderilmelidir.

21

22 Fırçalar Manyetik alan içerisinde bulunan, üzerinden akım geçen iletkene bir kuvvet uygulanır. Uygulanan bu kuvvet ile iletken yani rotor hareket eder. Rotorun bu sürekli hareketinin hiç durmadan devam etmesi için rotora uygulanan gerilimin de kesintiye uğramaması gerekir. Bu kesintisiz gerilim kullanılan fırçalarla sağlanır.

23

24 Endüktör(stator,gövde,duran kısım) Görevi NS kutuplarını oluşturmaktır, yani manyetik alan meydana getirmektir. Endüktör sargısı DA makinesinin gövdesinde bulunur, Vida ve somunlarla gövdeye tutturulur. Küçük güçlü DA makinelerinde ve pilli oyuncaklarda daimi mıknatıs, endüktör olarak görev yapmaktadır. Endüktör, makinenin gücüne ve devir sayısına göre 2, 4, 6, 8 veya daha çok kutuplu olur.

25 Yatak, Kapak ve Diğer Parçalar Doğru akım makinelerinin en önemli parçalarından biri de yataklarıdır. Yataklar da periyodik bakım gerektirir. Bilezikli tip metal yataklar ya da bilyeli(rulman) yatak kullanılır. DA makinelerinin soğutulması için pervaneler kullanılır.

26

27 Sabit Mıknatıslı Motorlar(Dıştan Uyarlamalı Motorlar) Dıştan uyarmalı motorlarda uyartım sargısı endüvi ile bağlantılı değildir. Uyartım akımı bağımsız bir gerilim kaynağından sağlanır. Yol-verme ve devir sayısının ayar edilmesi için endüvi gerilimi ayarlanır. Dıştan uyarmalı motorların güç etiketlerinde endüvi geriliminin yanında uyartım gerilimi de ayrıca verilmektedir.

28 Şönt Motorlar Şönt motorlarda uyartım akım sargısı endüvi sargısına paraleldir. Yüksüz durumda kendi başlarına devir yükseltmezler ve yük altında çok az devir yitirirler. (Paralel kolun direnci aynı akımı aynı)

29 Seri Motorlar Bu motorlarda uyartım sargısı endüvi ile seri bağlanmıştır. Seri motorlarda endüvi akımının tümü uyartım sargısından geçer. Bu nedenle endüvi akımı yükseldikçe uyartım akımı da yükselir ve özellikle motorun yol alması sırasında devir sayısı sonsuza yükselmek ister.

30 Seri Motorlar Bundan dolayı Seri motorlar yüksüz durumda çalıştırılmaz. Bazı alçak gerilimli ve yüksek güçlü seri motorlar marş motoru olarak otolarda kullanılır. Alternatif akımla da işletilmek üzere yapılmış seri motorlara üniversal motorlar denilir.(ileride ayrı bir başlık altında işlenecektir.)

31 Avantajları ve kullanım alanları Doğru akım makinaları motor Veya jeneratör olarak kullanılabilir. Genellikle motor olarak kullanılır. Hız ve tork ayarı kolay yapılır. Büyük motorlarda bobinli statorlar bulunurken, küçük olanlarında sabit mıknatıslı statorlar bulunur. Metroda, trenlerde genellikle DC motor kullanılır. Güç elektroniğindeki gelişmeler DC motor ve DC jeneratörlerin kullanımını sınırlamıştır.

32 Doğru Akım Motorunda Kayıplar Doğru akım motorlarında malzemeden dolayı bakır kayıpları, demir kayıpları, mekanik kayıplar ve fırça kayıpları oluşur. Bakır Kayıpları: Makinanın sargılarında bakır iletkenler kullanıldığından, sargı dirençlerinden ötürü meydana gelen ısınma (termal) kayıplarıdır. P cu =I 2.R kadardır.

33 Doğru Akım Motorunda Kayıplar Demir Kayıpları: Değişken manyetik alan etkisine maruz kalan demir parçalarında meydana gelir. Histerisiz kayıplarıve Fuko kayıpları olmak üzere iki kısımdan oluşurlar. Artık mıknatısıyetten dolayı yeni kutba meydan okuyan önceki kutup kayıp oluşturur:histerisiz kayıpları Bu önceki kutbun oluşturduğu küçük akım kayıplarına da fukolt akımları ve kayıpları denilir.

34 Doğru Akım Motorunda Kayıplar Mekanik Kayıplar: Makinede rulmandaki mekanik sürtünme ve endüvinin hava aralığı ile sürtünmesinden dolayı meydana gelen kayıplardır. Ayrıca sürtünmenin yanında vantilasyon kayıpları da bu gruba girer. Fırça Kayıpları: Fırçaların kollektöre temasından dolayı burada temas direnci diye adlandırabileceğimiz bir direnç ve gerilim düşümü meydana gelir. Bu nedenle oluşan kayıplara da fırça kayıpları denir.

35 KAYIPLAR ve VERİM P verilen =P alınan + P kayıplar Verim= P alınan P verilen 100 η = P alınan P verilen 100

36 Doğru Akım Motorlarında Endüvi Reaksiyonu ve Komütasyon Endüvi sargısının oluşturduğu manyetik alanın, uyartım sargısının oluşturduğu manyetik alanı bozmasına endüvi reaksiyonu denir. Olması istenmez ve engellenmesi veya önlem alınması gereken bir durumdur. Komütasyon: Fırça ve kollektör dilimlerinde akımın yön değiştirmesi olayıdır. Çok kısa bir süre içerisinde oluşur. Ark ve kıvılcım oluşturur. Bunlar içinde yine önlemler alınmalıdır.

37 Temel prensip ve çalışma şekli DC motorlarla aynıdır. Tek fark bobinlerin sabit, sabit mıknatısların rotora bağlı olmasıdır. Yani bu motorda rotor ve stator yer değiştirmiştir. Bunun avantajı, fırça ve kollektör sisteminin kalkması, dolayısı ile fırça/kollektör ikilisinin oluşturduğu elektrik/mekanik kayıpların ortadan kalkmasıdır. Fırçasız DC Motorlar

38 Fırçasız DC Motorlar Rotor bölümünde akım olmadığı için rotora akım taşıyacak fırça ve kolektör düzeneklerine de gerek yoktur. Bu nedenle bu tür motorlar fırçasız(brushless) motor olarak adlandırılır. Bu tür motorların rotor bölümlerinde güçlü doğal mıknatıs kullanılır. Motor verimi %80 ler düzeyindedir. Uygulama alanları; fotokopi makineleri, fanlar, pompalar, yazıcılar olarak sıralanabilir. Bu tip motorlar; optik tarayıcı ve tıp cihazlarında da kullanılmaktadır.

39 Fırçasız DC Motorlar Fırçasız motorlarda, rotorun nerede olduğunun bilinmesi için rotor konum sensörleri kullanılır.

40 ENCODERLER (ŞAFT POZİSYON ALGILAYICI) Encoderler robot ve otomasyon projelerinde açısal dönme hızını ve düzeneğin açısal pozisyonunu belirlemek amacıyla kullanılır. Encoder diskinin üzerinde belirli aralıkla delikler vardır. Encoder diski dönerken IR ledin yaydığı ışık deliklerden geçer ve karşı taraftaki fototransistörü tetikler. Delik olmayan kısımlarda ise IR ışık fototransistörü tetikleyemez. Bu şekilde alınan sinyaller sayılabilir ve mikrodenetleyiciye gönderilebilir. Mikrodenetleyicide yazılı program ile sinyaller işlenerek gerekli işlemlerin gerçekleştirilmesi sağlanır.

41 enkoderler

42 DC Motorlarda Dinamik Frenleme Bir DC motorun endüvi akımı kesildikten sonra endüktör akımı devam ettirilirse DC motor generatör gibi çalışmaya başlar. Bu durumda endüvi uçları arasına bir yük (direnç) bağlanırsa bu yükten geçen akıma bağlı olarak motorun devir sayısı hızla azalacak ve frenlenecektir.

43 DC Motorlarda Manyetik Frenleme Çalışmakta olan bir DC motora dönme yönüne göre dijital 1-0 veya 0-1 bilgisi gelmektedir. Motorun çalıştığı alanda bize acil bir frenleme gerekliyse ek donanıma ihtiyaç duymadan manyetik olarak bunu halledebiliriz. Çalışan DC motorun iki ucuna da hareket halindeyken 1-1 bilgisi verilirse motor ani bir frenleme yapacaktır. Bunu motor çalışmazken yaparsak işe yaramadığını görürüz. Çalışan DC motorun iki ucunu hareket halindeyken birleştirirsek motor yine frenleme yapacaktır. Çalışan DC motora, AC gerilim uygulanırsa da manyetik olarak frenleme yapacaktır.

44 DC motorların sürülmesi ve sürücü devreleri Armatür (endüvi) gerilimini değiştirerek devri ayarlamak mümkündür. Endüvi akımını değiştirerek torku (döndürme momentini) ayarlamak mümkündür. Endüviye uygulanan akımın yönünü değiştirirsek ters yöne dönmesini sağlamak mümkündür. (Kutup yerlerini yani kutup sargılarına uygulanan akım yönünü değiştirsek te olur.) Sürücü devreleri ile DC motorların hızları, dönüş yönleri ve momentleri çok hassas olarak denetlenebilir.

45 DC motorların sürülmesi ve sürücü devreleri Armatür (endüvi) gerilimini değiştirerek devri ayarlamak mümkündür. Endüvi akımını değiştirerek torku (döndürme momentini) ayarlamak mümkündür. Endüviye uygulanan akımın yönünü değiştirirsek ters yöne dönmesini sağlamak mümkündür. (Kutup yerlerini yani kutup sargılarına uygulanan akım yönünü değiştirsek te olur.) Sürücü devreleri ile DC motorların hızları, dönüş yönleri ve momentleri çok hassas olarak denetlenebilir.

46 555 entegresiyle dc motor hız kontrolü DC motorların hızını kontrol etmek için motor gerilimini değiştirmek gerekir. DC motorun hızı besleme gerilimiyle doğru orantılıdır. Çoğunlukla sistemimizde bir adet güç kaynağı olur ve bu kaynağın gerilimini değiştiremeyiz. Bu durumda DC motorun hız kontrolünü yapmak için farklı bir yöntem düşünülmelidir. Mesela 12 volt gerilimde tam hızında çalışan bir motora 1 milisaniye 12 volt uygulansa, 1 milisaniye uygulanmasa, yani frekansı 500 Hz ve tepe gerilimi 12 volt olan, bir sinyal uygulansa motora uygulanan ortalama voltaj 6 volt olacaktır ve motor yaklaşık yarı hızda dönecektir. Bu oran değiştirilerek, motorun hız kontrolü yapılabilir.

47 555 timer entegresi Sinyal genişliği potansiyometre ile ayarlanabilen kare dalga üretmektedir. Potansiyometre en sol konuma alındığında sinyal genişliği %0 a yaklaşmakta, en sağa alındığında ise %100 e yaklaşmaktadır.

48

49

50 555 in ürettiği kare dalganın frekansı dirençlerin değerine ve kondansatörün kapasite değerine bağlıdır.

51 Kitaptan sayfa 18 den dc motorun transistör ile kontrolü R4 100 B1 12V R1 RV1 R3 Q1 BD Q3 D1 1N % 10k 1k 12VDC MOT 2N6609 B2 12V Q Q4 2N3055 D2 1N4001 BD136 R2 100 R5 100

52 dc motorun PIC16F877 de bulunan PWM modülü ile kontrolü Otomasyon sistemlerinde PWM tekniğinin kullanıldığı birçok uygulama mevcuttur. Bunlardan en yaygın olanı da dc gerilim değerinin değiştirilmesi işlemidir. DC gerilimin değeri dc-dc konverter adı verilen sistemler ile değiştirilebilmektedir. Bu sistemlerde dc gerilimin seviye dönüşümü için bir veya daha fazla transistör, mosfet vb. gibi yarı iletken anahtar kullanılır. Ortalama çıkış gerilimi anahtarlama elemanının T on ve T off zamanı ayarlanarak yapılır. Anahtarlamalı güç kaynaklarında gerilim ayarı için yapılan bu işleme Darbe (Pulse) Genişlik(Width) Modülasyonu (PWM) adı verilir.

53 PWM:Darbe genişlik modülasyonu T = T on +T off eşitliği kullanılır. Bu formülde T on ifadesi kare dalga sinyalin lojik-1 değerinde kalma süresi, T off ise kare dalga sinyalin lojik-0 değerinde kalma süresidir.

54 dc motorun PIC16F877 de bulunan PWM modülü ile kontrolü

55 PIC16F877 PIC16F877 mikrodenetleyici iç yapısında birçok elektronik modül vardır. Burada PWM modülünün kullanılmasına değinilecektir. PWM modülü sayesinde ana programın çalışmasını meşgul etmeden otomatik olarak bağımsız bir hattan PWM sinyali elde edilebilir. MikroC dili ile PWM sinyali üretmek hazır fonksiyonlar sayesinde oldukça kolaylaştırılmıştır.

56 L293D robotikte en çok kullanılan motor sürücü entegresidir.

57

58 DC motorun PIC(16F877A) ile kontrolü Gerekli Komponentler: PIC16F877A (peripheral Interface Controller) L293D motor sürücüsü DC Motor

59 L293D Motor Sürücü Entegresi L293D, DC motor kullanılan robotlarda en çok kullanılan entegrelerden biridir. 16 bacaklı bu entegre, içinde iki adet H köprüsü ve bunlara bağlı hızlı diyot köprülerini barındırır. Her iki motora 600mA akım sağlayabilen bu entegre, aynı zamanda akım korumalıdır. Bu koruma, robotun talep ettiği akımı almasını engelleyebilir. Özellikleri: Sağ ve sol tarafının bağımsız çalışmasını sağlar. 1 adet L293D iki motoru çift yönlü kontrol edebilir.

60 L293D L293C

61 NEDEN L293D? Pic in bir bacağından(pininden) çekebileceğimiz akım maksimum 25 ma düzeyindedir. Bu akım seviyesi bir motoru sürmek için yeterli olmayacağından akımın kuvvetlendirilmesi (yükseltilmesi) gerekmektedir. İşte bu kuvvetlendirme işini de içinde transistor, mantık kapısı ve diyot barındıran L293D entegresi yapmaktadır. Bu entegre vasıtasıyla çekilebilecek maksimum akım 600 ma olduğundan daha fazla akım gerektiren uygulamalarda bu entegre kullanılamayacaktır, onun yerine çekilebilecek akım düzeyi 4 A e kadar çıkabilen L298 entegresi kullanılabilir. Bu entegreler hakkında daha fazla bilgi kataloglarında(datasheet) bulunabilir.

62 Proteus ve mikroc araçları da kullanımda

63 L293 motor sürücü entegresine; 0x01= ve 0x02= uygulanır ise motora uygulanan gerilimin polaritesi değiştirilmiş olur. Bu sayede motor dönüş yönü değiştirilmiş olur.

64

65

66

67

68 16F877A mikro denetleyicisinde CCP(Capture- Compare-Pwm) modülü mevcuttur.

69 butonlar D portu giriş yapıldı. Girdiler yani; butonların açılıp kapatılması ile sağa sola dönüşler, hızlanma ve yavaşlama sağlanıyor.

70 mikroc kodları aşağıdaki gibidir.

71

72

73

74 eğer RD1 butonuna basılırsa CW saat yönünde eğer RD6 butonuna basılırsa CCW saat yönünün tersine hareket sağlanır.

75 Eğer RD2 butonuna basılırsa hız artırılır. Osilaskop ekranında PWM sinyalinin Ton ve Toff süreleri gözetlenir.

76 Eğer RD4 butonuna basılırsa hız azaltılır.

77 Reset butonu ile başlangıç noktasına yani durgunluğa dönülür. RESET

78

79 DC motor hızlan yavaşla mikroc kodları

80

81 MOTORLAR İçinden elektrik akımı geçen bir tel bir pusulaya yaklaştırılırsa, pusulanın normal olarak kuzeygüney doğrultusunu gösteren mıknatıslanmış iğnesi bu doğrultudan sapar Elektrik motorunun çalışma ilkesi de bu olguya dayanır; elektrik ile manyetizma (mıknatıslık) arasındaki bu ilişkiden yararlanarak elektrik akımı mekanik enerjiye, yani bir motorun hareketine dönüştürülebilir.

82 DA Seri Motoru Bu motorlarda uyartım sargısı endüvi ile seri bağlanmıştır. Seri motorlarda endüvi akımının tümü uyartım sargısından geçer. Bu nedenle endüvi akımı yükseldikçe uyartım akımı da yükselir ve özellikle motorun yol alması sırasında devir sayısı sonsuza yükselmek ister.

83 ÜNİVERSAL (SERİ) MOTORLAR Üniversal motor doğru akım seri motoruna benzer. Statoru saç paketlerinden çıkıntılı kutuplu olarak yapılmış kutuplara kutup bobinleri yerleştirilmiştir. Rotor doğru akım makinası endüvisi gibidir. Rotor oluklarına yerleştirilen sargılar D.A endüvi sargılarının aynıdır. Yapısı nedeniyle hem D.A hem de A.A.da kullanılır. Her iki akımda da kullanıldığı için bu motorlara üniversal motor denilmektedir.

84 ÜNİVERSAL (SERİ) MOTORLAR

85 Çalışma prensibi: Üniversal motora bir fazlı alternatif gerilim uyguladığımızda ; Kutup bobinlerinden geçen akım manyetik alan meydana getirir. Yani N ve S kutupları oluşur. Endüvi yani içerisinden akım geçen iletken manyetik alanın dışına doğru itilir. Oluşan bu kuvvet endüvinin(rotorun) dönmesini sağlar.

86

87 Özellikleri: Üniversal motorların devirleri D.A seri motorlarında olduğu gibi yükle değişir. Boştaki devir sayıları çok yüksektir. devirleri d/d ya kadar çıkar. Boşta devir sayısını sınırlayan sürtünme ve vantilasyon kayıplarıdır. Yük altında çalışan seri motorun devir sayısı motora uygulanan gerilimi değiştirerek ayarlanır.

88 Devir Yönünün Değiştirilmesi Bir üniversal motorun endüvi sargı uçlarını veya kutup sargı uçlarından herhangi birini değiştirerek devir yönü değiştirilebilir. Ya akım yönünü yada manyetik alan yönünü değiştirmeliyiz. İkisi aynı anda değil ya onu ya onu.

89

90 50% Üniversal Motorun Hız Kontrolü Seri motorun devir sayısı motora uygulanan gerilimi değiştirerek ayarlanır. seri motor hız kontrol devresi Triyakın tetikleme açısı ayarlanıp R1 1k A2-A1 arasından geçen akım yani motor üzerinden geçen akım ayar edilirse 220V 50Hz RV1 100k D1 U1 TRIAC devir ayarı yapılır. C1 100uF DIAC

91

92 Üniversal Motorların Kullanıldıkları Yerler Blender, mikser,elektrikli süpürge motoru ve potansiyometre ile devir ayarı yapılabilen çoğu elektrikli aletlerin motoru Üniversal motordur.

93 SENKRON MOTOR NEDİR? Stator sargılarında alternatif akım, Rotor sargılarında ise doğru akım bulunan Rotoru senkron devirle dönen motorlara SENKRON MOTOR denir. Bir asenkron motora gerilim uygulandığında motor hemen dönmeye başlar. Senkron motorun dönebilmesi için ise; rotor hızının yardımcı bir düzenekle senkron hız değerine ulaştırılması gerekir.

94

95 Devir/dakika veya rpm n = 120f 2p devir sayısı = 120 frekans kutup sayısı

96 Senkron Makinalar Senkron makina frekans ve kutup sayısıyla orantılı olarak sabit bir hızda çalışan alternatif akım makinasıdır. Hem generatör olarak mekanik enerjiyi elektrik enerjisine, hem de motor olarak elektrik enerjisini mekanik enerjiye çevirir. endüstride motor olarak kullanılma olanakları sınırlıdır. Çoğunlukla elektrik enerjisi üretiminde, büyük enerji üretim merkezlerinde yani santrallarda generatör olarak kullanılır MVA güçlere kadar imal edilebilmektedir.

97

98

99 meydana gelen kutuplanma Senkron motorlarda kutup sargılarına uygulanan gerilim doğru gerilim olduğundan, meydana gelen kutuplanma N S N S şeklinde çalışma süresi boyunca değişim göstermeyen bir kutuplanmadır. Stator sargılarına üç fazlı emk uygulandığında döner alan meydana gelecek ve bir an statorda N-S-N-S kutuplanması oluşacaktır. Bu anda kutup sargılarındaki zıt kutuplarla döner alan kutupları birbirini çekecek ve rotor dönmek isteyecektir. Rotor henüz hareket etmeden statordaki kutuplar yer değiştirerek kutup sargılarındaki aynı isimli kutuplar karşı karşıya gelecektir. Bu seferde aynı adlı kutuplar birbirini iter kuralınca rotor itme ve çekme kuvvetlerinin etkisinde kalacaktır. Rotor ve stator kutupları arasındaki karşılıklı itme ve çekme kuvvetlerinin sonucu bileşke moment sıfır olacak ve rotor dönemeyecektir.

100 Şayet rotora; yardımcı bir sistemle yol verir, rotor hızını senkron hız değerine yakın bir hıza ulaştırırsak rotorun sabit kutupları, döner alanın kutupları ile rahatça kilitlenir. Asenkron motorlar için büyük bir önem taşıyan kaymadan senkron motorlarda söz edilemez. Bu yüzden motor ister boşta ister yükte çalışsın, devir sayısında hiçbir değişiklik olmaz. Senkron motorlar bu özellikleriyle gemilerde pervanelerin döndürülmesinde, kağıt ve tekstil makinelerinde kullanılır.

101

102 Alternatörler de senkron motor olarak çalışır. Doğru akım makineleri hem dinamo hem motor olarak nasıl çalışıyorlarsa ve aralarında yapı bakımından bir fark yoksa, Alternatörler de senkron motor olarak çalışır. Paralel çalışmakta olan iki alternatörden birisinin milinden uygulanan mekanik enerji kesilirse, alternatör bu sefer senkron motor olarak çalışmasına devam eder ve kayıplarını karşılayacak kadar diğer alternatörden güç çeker.

103 Senkron makinalar Sabit duran kısım stator ve hareketli kısım rotor olmak üzere iki kısımdan oluşur. Stator sac paketlerinden yapılmış olup iç kısmına sargıların yerleştirilmesi için oluklar açılmıştır. Senkron makinalar uyarma sargılarını taşıyan rotorun yapısına göre iki gruba ayrılır. Bunlar; Yuvarlak Rotorlu (turbo) Senkron Makinalar Ve Çıkık Kutuplu Senkron Makinalardır.

104 Yuvarlak rotorlu senkron generatörler kutup sayısı küçük ve yüksek senkron devir sayısı için imal edilmekte yüksek devirli buhar türbinlerinde kullanılmaktadır.

105 Çıkık kutuplu senkron generatörler Genellikle çok kutuplu olarak ve düşük senkron devir sayısı için imal edilmektedir. Hidro-elektrik santrallerde elektrik üretimi için çıkık kutuplu senkron makinalar kullanılır.

106 Adım (step) motorlar Adım (Step) motorları adından da anlaşılacağı gibi Adım Adım hareket eden yani sargılarından birinin enerjilenmesi ile sadece 1 Adım hareket eden motorlardır. Bu Adımın kaç derece olacağı motorun tasarımına bağlıdır. Adım motor, elektrik enerjisini dönme hareketine çeviren elektro-mekanik bir cihazdır. Elektrik enerjisi alındığında rotor ve buna bağlı şaft, sabit açısal birimlerde Eşit adımlarla dönmeye başlar.

107

108 Örnek olarak; 400 Adımlık (steplik) bir motor bir tam dönüşünü 400 Adımda gerçekleştirir. Yani her bir adımda kat ettiği açı 360/400 = 0.9 derecedir. Bu değer, Adım motorun hassasiyetinin bir göstergesidir. Bir devirdeki Adım sayısı yükseldikçe, Adım motor hassasiyeti ve dolayısı ile maliyeti artar. Step motorlar, yarım Adım modunda çalıştıklarında hassasiyetleri daha da artar. Örnek olarak 400 Adım/tur değerindeki bir Adım motor, yarım Adım modunda tur başına 800 Adım yapar. Bu da 0.9 dereceye oranla daha hassas olan 0.45 derece anlamına gelir.

109 Adım (step) motor

110 Bir Adım (Step) motor; stator, rotor, bunları kapatan bir dış zarf, rotora bağlı şaftın rahat hareket etmesini sağlayan rulmanlardan oluşmuştur. Step motor statorunun birçok kutbu (genellikle sekiz) vardır. Bunların polaritesi elektronik anahtarlar yardımıyla değiştirilir. Rotorun mıknatıslığı ise genellikle sabit mıknatıs ile oluşturulur. (veya dış uyartım yöntemleri ile oluşturulur)

111 Adım (Step) motorlar Adım motorlar robot teknolojisinde sıkça kullanım alanı bulmuştur. Ayrıca maliyetinin düşük olması diğer motorlara (servo) karşı bir üstünlüğüdür. Adım motoru sürekli hareket ettirmek istersek sargılara sırasıyla enerji vermeliyiz. Bir sargıya enerji verdiğimizde (yani o sargı elektromıknatıs olunca) rotor sargının karşısına gelerek durur. Diğer sargıya enerji verinceye kadar burada kilitlenir.

112

113 Step motorlar fırçasız doğru akım motorlarıdır. Fırçasız motorlar fırçalı motorlara göre daha uzun ömürlüdürler. Step motorlar geri beslemeye gerek duymadan hız ve pozisyon kontrolünde hata vermeden çalışırlar. Step motor kullanarak yapılacak bir uygulamada öncelikle bilinmesi gereken step motorun her tam adımda döneceği derece miktarıdır. Step motor üzerinde adım derecesi yazılı değil ise step motor dikkatlice el ile döndürülerek adım sayısı sayılabilir. Adım sayısı bilindiğinde 360 adım sayısına bölünerek adım derecesi bulunur. Örneğin 20 adımlı bir step motor 360 lik tam bir dönüşünü 18 lik adımlarla yapar.

114 Step motora gönderilen akım darbeleri belli bir sıraya uygun olmalıdır. Step motor kontrolü sırasında akım darbeleri ne kadar sıklıkla verilirse step motorun hızı o kadar artmış olur. Step motor her akım darbesinde motorun yapısı ve frekans değeriyle orantılı olan belli bir açı kadar hareket eder. Step motora gönderilen akım darbeleri belli bir sıraya uygun olmalıdır. Bu sıra içerisinde sonraki darbe gönderilmeyip bir önce gönderilen darbe uygulamada bırakıldığında step motor frenlenmiş olur.

115 Step motorun hareketini sağlamak ve kablo sıralamasını bulabilme: Step motorlarda dört adet bobinden çıkan 4 ayrı uç ve bir de ortak uç olmak üzere 5 adet uç bulunur. Ortak ucun hangisi olduğunu bulmak için ohmmetre ile ölçüm yapılır.

116 Ortak ucun belirlenmesi 5 kablolu step motorlarda 1 adet,6 kablolu step motorlarda ise 2 adet kablo ortak uçtur. Ve bunlar kaynağın pozitif (+)kutbuna bağlanırlar. (+5VDC,+12VDC) Örnek olarak sarı-kırmızı arasında 117 ohm,gri-kırmızı arasında 117 ohm, gri-sarı arasında 234 ohm ölçüm alınmış olsun. Ortak ucun kırmızı olduğu tesbit edilir.

117

118 Kablo ve adım sıralaması Step motorun diğer uçlarına teker teker şase uygulanır. Örneğin 1 numaralı bobin ucuna şase uygulanır. Sonra diğer bir bobin ucuna şase uygulanır. Eğer dönme yok ise bu uç 3 nolu uçtur. Eğer saat ibresi yönünde hareket var ise bu 2 nolu bobin, Eğer CCW saat ibresinin tersine hareket var ise bu 4 nolu bobin ucudur. CW yönünde hareket için CCW yönünde hareket için de şeklinde sıralama yapılır.

119

120 ADIM MOTORUN SÜRÜLMESİ Step motorlar direkt mikrodenetleyici çıkışından çalıştırılamazlar, çıkışların yükseltilmesi için transistör ya da özel step motor sürücü entegrelerin kullanılması gerekir. Ortak uca motorun çalışma gerilimi uygulanır ve diğer 4 uç da transistör ya da sürücü entegresi gibi anahtarlama elemanlarına bağlanır. Bu 4 ucun bağlantısı doğru olduğunda motor döner, yanlış olduğunda ise motor titreme yapar.

121 L293 entegresi

122 Step motorun L293D ile sürülmesi

123 Step motorun ULN2003 ile sürülmesi

124 ULN 2003 birbirinden bağımsız 7 adet darlington NPN transistör ve katodları ortak bağlı koruma diyotlarından oluşur

125

126

127

128 Step motorların özellikleri Hata yalnız Adım hatasıdır. Motor bakımı kolaydır. Tasarım maliyeti ucuzdur. Otomatik kilitleme özelliğine sahiptir. Yüke yeterli momenti sağlar. Isınma zararları en azdır. Mikrobilgisayarlar ile kolayca kontrol edilebilir. Kullanım ömrü uzundur. Adım motorların kullanıldığı yerler; bant sürücüleri, imalat tezgâhları, yazıcılar, teyp sürücüleri, tıbbi cihazlar, dikiş makineleri, taksimetreler, kart okuyucular vb. olarak sayılabilir.

129 Step motor Sürücü Devreleri ÖRNEĞİN: 555 Osilatör Entegresi ve 4017 Sayıcı Entegresi İle Yapılan Sürücü Devresi Bu devrede 555 osilatör olarak kullanılmıştır. P1 potansiyometresi yardımıyla üretilen sinyalin frekansı değiştirilmekte bu da 4017 nin çıkışlarındaki sayma sürelerini değiştirmektedir gelen saat sinyalinin hızına göre çıkışlarını sırasıyla değiştirir. Çıkışlara bağlı olan transistörler iletime geçerek sargılara enerjiyi vermiş olurlar. Çıkışlar sırasıyla iletime geçeceği için Adım motor saat sinyali geldiği müddetçe dönecektir.

130 Step motor Sürücü Devreleri

131 Unipolar step motor sürülmesi üç farklı şekilde olabilir.

132 Wave Drive Dalgalı sürüş Bu modda o anda sadece bir stator bobini elektromıknatıs olur. Tam adım sürüşüyle aynı adım sayısına sahiptir fakat tork oldukça azalır. Bu sürüş modu güç harcamasının önemli olduğu durumlarda nadiren kullanılır. Dalgalı sürüşte adım sıralaması Step A B C D

133 Dalgalı sürüş için MikroC kodları void main() { ansel=0; anselh=0; trisd=0; portd=0x0f; do { portd=0x01; delay_ms(500); portd=0x02; delay_ms(500); portd=0x04; delay_ms(500); portd=0x08; delay_ms(500); } while(1); }

134 Full Drive Tam adım sürüşü Bu modda aynı anda iki stator bobini enerjilenir yani elektromıknatıs olur. Motor tam tork gücündedir. Olması muhtemel çalışma modudur şeklinde enerji uygulanırsa sağa doğru döner şeklinde akım uygulanırsa diğer yöne döner.

135 Tamadım sürüş adım sıralaması Step A B C D

136 Tamadım sürüş için mikroc kodları void main() { trisd=0; portd=0x0f; do { portd=0x0c; //1100 delay_ms(500); portd=0x06; //0110 delay_ms(500); portd=0x03; //0011 delay_ms(500); portd=0x09; delay_ms(500); //1001 } while(1); }

137 Half Drive (yarım adım modu) Bu adımlama modunda aynı anda bir tek ve bir çift bobin enerjilenir. Adımlama açısı yarıya iner. Elde edilen döndürme momenti(tork) %70 e düşer. Önceden 4 adımda gidilen mesafe şimdi 8 yarım adımla alınır şeklinde enerji uygulanırsa bir yöne döner. Sıralama tersten yapılırsa diğer istikamette döner.

138 yarım adımlamanın adım sırası Step A B C D

139 Halfstep için mikroc kodları trisd=0; portd=0x0f; do { portd=0x01; delay_ms(100); portd=0x03; delay_ms(100); portd=0x02; delay_ms(100); portd=0x06; delay_ms(100); portd=0x04; delay_ms(100); portd=0x0c; delay_ms(100); portd=0x08; delay_ms(100); portd=0x09; delay_ms(100); } while(1); }

140 Bu modellerde iki bobin mevcut. Diğer yönde hareket için stator sargıdan geçen akım yönü değiştirilir. Bunun yapılması için H köprüsü kullanılmalı yani L293D motor sürücüsü. Unipolar ile bipolar motorları ayırt etmek için bobin dirençleri ölçülmeli. Bipolar motorlarda 2 eşit direnç değeri ölçülür. Bipolar step motorlar

141 Bipolar step motorun sürülmesi

142 Bipolar step sürülmesi için mikroc kodları void main() { ansel=0; anselh=0; trisd=0; portd=0x0f; do { portd=0x01; //0001 delay_ms(500); portd=0x04; //0100 delay_ms(500); portd=0x02; //0010 delay_ms(500); portd=0x08; //1000 delay_ms(500); } while(1); //endless loop sonsuz döngü }

143

144

145 Butonlu tamadım yarımadım ileri geri mikroc kodları void main() { adcon1=0x0f; cmcon=0x07; trisb=0; //output motor burda portb=0x00; trisd=1; //inputbutonlar burda portd=0x0f; do { if(button(&portd,0,1,0)) { do { portb=0x0c; //1100 delay_ms(500); portb=0x06; //0110 delay_ms(500); portb=0x03; //0011 delay_ms(500); portb=0x09; delay_ms(500); //1001 } while(1);

146 Butonlu tamadım yarımadım ileri geri mikroc kodları } if(button(&portd,1,1,0)) { do { portb=0x09; //1001 delay_ms(500); portb=0x03; //0011 delay_ms(500); portb=0x06; //0110 delay_ms(500); portb=0x0c; delay_ms(500); //1100 } while(1); } if(button(&portd,2,1,0)) { do {

147 Butonlu tamadım yarımadım ileri geri mikroc kodları portb=0x08; //1000 delay_ms(500); portb=0x0c; //1100 delay_ms(500); portb=0x04; //0100 delay_ms(500); portb=0x06; //0110 delay_ms(500); portb=0x02; //0010 delay_ms(500); portb=0x03; //0011 delay_ms(500); portb=0x01; //0001 delay_ms(500); portb=0x09; delay_ms(500); //1001 } while(1); }

148 Butonlu tamadım yarımadım ileri geri mikroc kodları if(button(&portd,3,1,0)) { do { portb=0x09; //1001 delay_ms(500); portb=0x01; //0001 delay_ms(500); portb=0x03; //0011 delay_ms(500); portb=0x02; //0010 delay_ms(500); portb=0x06; //0110 delay_ms(500); portb=0x04; //0100 delay_ms(500); portb=0x0c; //1100 delay_ms(500); portb=0x08; delay_ms(500); //1000 } while(1); } } while(1); }

149 BİPOLAR STEP MOTOR İLERİ GERİ BUTONLU void main() { adcon1=0x0f; cmcon=0x07; trisb=0x00; //output motor burada portb=0x0f; trisd=1; //input butonlar burada portd=0x0f; do { if(button(&portd,1,1,0)) { do { portb=0x01; delay_ms(500); portb=0x04; delay_ms(500); portb=0x02; delay_ms(500); portb=0x08; delay_ms(500); } while(1);

150

151 BİPOLAR STEP MOTOR İLERİ GERİ BUTONLU } if(button(&portd,2,1,0)) { do { portb=0x08; delay_ms(500); portb=0x02; delay_ms(500); portb=0x04; delay_ms(500); portb=0x01; delay_ms(500); } while(1); } } while(1); }

152 Servus Latince kökenli, köle anlamına gelmektedir. Servo Mekanizma istenilen gösterge değerlerine göre hareket eden bir kontrol mekanizmasıdır. yüksek kararlılıkta çalışabilmek için çalışma şartlarını kendi kendine kontrol eden bir mekanizmaya sahiptir.

153 Servo motor, iç yapısında bir potansiyometre veya encoder ve motor milinin (şaft) konumunu ölçen bir kontrol devresi bulunur. Ayrıca servo motor 3 bağlantı ucuna sahiptir. bunlardan ikisi motoru çalıştırırken diğer ucu ise sistemin giriş birimine motor şaftının konumunu bildirir. Servo motor sürücü devresi, kodlanmış sinyalleri motor mekanizmasına göndererek motorun şaftına açısal pozisyonda döndürme kabiliyeti kazandıran elektronik bir amplifikatör türüdür.

154 -90 derece ve +90 derece arasında hareket eder DC servo motorlar, -90 derece ve +90 derece arasında olmak üzere 180 derecelik bir açıda hareket edebilme kapasitesine sahiptir. DC servo motorun, çıkış dişlisinin mili mekanik olarak kısıtlaması sebebiyle daha büyük bir açı ile hareket ettirilemez. Motora yazılımsal olarak dönme miktarı ise PWM modülü ile belirlenir. PWM modülü, kare dalgalardan oluşur. Kare dalga 1 konumunda iken motora güç gider. 0 konumuna geldiğinde ise motora güç gitmez. Servo motorlarda açısal hareketin gerçekleşmesi için bir kare dalga 20 mili saniyeden oluşan palse şeklinde gönderilmesi gerekir aksi taktirde çalışmaz.

155 Servo Motorlar kontrol edilebilirlik mantığına göre üretilmişlerdir. Servo Motorlar yapısal olarak Adım Motorlarla, DA Motorlarının yapısal özelliklerini andırır. Adım motorun adımlama yöntemini DA motorununda döndürme yöntemini çağrıştırır. Ancak sargıları çok daha geliştirilmiş ve hassas konumlandırılmıştır.

156 Servo motorlar Servo, herhangi bir mekanizmanın işleyişini hatayı algılayarak bir geri besleme düzeneğinin yardımıyla denetleyen ve hatayı gideren otomatik aygıttır. Robot teknolojisinde en çok kullanılan motor çeşididir. Bu sistemler mekanik olabileceği gibi elektronik, hidrolikpnömatik veya başka alanlarda da kullanılabilmektedir. Servo motorlarda mekaniksel konum, hız veya ivme gibi parametreler kontrol edilir. Servo motor içerisinde herhangi bir motor AC, DC veya Step motor bulunur. Sürücü ve kontrol devresini de içerisinde barındırır.

157

158 Stator, makinenin duran kısmıdır. Stator saclar ve sargılardan oluşur. Saclar, asenkron veya senkron motorlarda olduğu gibi birer yüzeyi silisli olup üzerlerine stator oyukları açılır. Biçimlendirilen stator sacları sıkıştırılarak perçinlenir veya somunla sabitlenir. STATOR

159 Rotor Rotor demir-nikel-kobalt yani ferro manyetik yani mıknatıslanabilir malzemeden yapılır. Motorun uyartım akısı rotora yerleştirilen kalıcı mıknatıslar tarafından sağlanmaktadır. Kalıcı mıknatıs malzemelerin kalıcı yüksek mıknatısiyete sahip olmasını sağlar.

160 Gövde makinenin bütün esas elemanlarını içerisinde barındırır. Yatak gövdeler kapalı veya havalandırmalı olabilir. Yatak gövde makine ısısını kolaylıkla iletecek, rotor yataklarına destek verecek yük ve bağlantılarına uygun olacak özellikte (alüminyum gibi) olmalıdır. Yatak Gövde

161 3 Fazlı asenkron motor son yıllarda yüksek-güç sistem uygulamalarında üç-faz asenkron motorun servo motor olarak kullanımı üzerine yapılan araştırmalar başarıya ulaşmış ve 3 Fazlı asenkron motor yüksekgüç uygulamalarında hızlı bir şekilde yerini almaya başlamıştır. Son yirmi yıldaki çalışmalar, 3 Fazlı asenkron motorun yabancı uyartımlı DA motoru gibi kontrol edileceğini göstermiştir.

162

163 Servo Motorların Kullanıldığı Yerler Servo motor birkaç Watt an birkaç yüz Watt a kadar olabilir. Bu motorlar daha küçük çaplı ve daha uzundur. Servo motor normal olarak düşük veya sıfır hızda çalışır, bundan dolayı moment veya güç değerleri aynı olan klasik motorlara göre boyutları daha büyüktür. Hassas devir sayısı ayarı yapılabilir, ayrıca devir sayıcı gerekmez. Servo motorların kullanım alanı çok geniştir. Servo motorlar robotlar, radarlar, nümerik kontrollü makinelerde (CNC), yüksek hızlı çip yerleştiricilerinde, tıbbi cihazlarda, anten sürücüleri vb. yerlerde kullanılır.

164 Servo motor etiket değerleri Akım: Burada akım ile kastedilen servo motorun bir yüke maksimum tork uyguladığında çektiği akımdır. DC motorlarda olduğu gibi bu akım değeri yüke göre değişir. Genellikle servo motorların maksimum akım aralığı 100 ma ile 2 A arasıdır. Kararlılık: Kararlılık, bir komut sinyali algılandığında servo motorun şaftının pozisyonunun istenilen açıya göre kesinliğidir. Genellikle servo motorların kararlılık aralığı 1 ile 10 arasındadır.

165 Standart servo motorların 3 kablosu vardır. Bunlardan biri power (4 V ile 6 V arasında), biri toprak, diğeri ise kontrol girişi içindir. Kabloların renkleri ise genellikle power için kırmızı, toprak için siyah ve kontrol için beyazdır. Servo motorların boyutları ve şekilleri planlanan uygulamaya bağlıdır. Yandaki resimdeki servo motor ve benzerleri robotikte sık kullanılan servo motor tipleridir. Bunlar düşük güçte çalışabilir,

166 Opamp ve sinyal karşılaştırması Bir DC motor yüksek redüksiyon oranına sahip bir dişli kutusunu hareket ettirir. Sondaki şaft daha yavaş dönerek dönme ekseni üzerindeki potansiyometreyi de çevirir. Potansiyometre geri besleme yaparak servo motorun pozisyon algılanmasını sağlar. Potansiyometre algılanan pozisyona karşılık gelen voltajı, voltaj karşılaştırıcısı olarak kullanılan opampa gönderir. Bu voltaj değerinin, şaftın istenilen pozisyonunu belirleyen giriş voltajı ile karşılaştırılması ile karşılaştırıcının çıkış voltajı belirlenir.

167 Opamplı karşılaştırıcı devresi örneği

168 Opamplı karşılaştırıcı çalışma prensibi Devrede fototransistöre gelen ışık, bu elemanı iletim-kesim yaparak 10 kω luk R1 direncinde bir gerilim oluşmasına neden olur. R1 üzerinde oluşan gerilim kıyaslayıcı olarak çalışan op-amp tarafından karşılaştırılır. Op-ampın çıkışındaki gerilim zener diyot tarafından 5,1 V ta sabit tutulur. Pervanenin dönüş sayısı arttıkça op-ampın çıkışında oluşan kare dalganın frekansı da artar. Bu sinyal osilaskopta gözetlenir.

169 kodlanmış sinyal-kontrol Palsi: Bir servo motorun şaftının pozisyonunu kontrol etmenin bir diğer yolu kodlanmış sinyal kullanmaktır. Bu metot uzaktan kumandalı uygulamalarda sıklıkla kullanılır. Servonun kontrol girişine 18 ms periyotlu palslardan oluşan bir sinyal gönderilir. Palsın süresi servo motorun şaftının pozisyonunu belirler. Eğer pals (pulse) 1 ms uzunlukta ise servo motor 90 sola, 2 ms uzunlukta ise 90 sağa hareket eder. Bazı servo motorların pals uzunluğu aralığı 1,25 ms ile 1,75 ms arasındadır. Bu durumda pals uzunluğu 1,5 ms iken servo motor şaftı ortadadır. Pals uzunluğu 1,25 ms iken 90 sola, 1,75 ms iken ise 90 sağa hareket eder.

170

171 1-2 ms Servo Motorların Pals Sürelerine Göre Açıları 1,25-1,75 ms Servo Motorların Pals Sürelerine Göre Açıları Süre (ms) Açı (derece) Süre (ms) Açı (derece) 1,0-90 1, ,1-72 1, ,2-54 1, , , ,3-36 1, ,4-18 1,50 0 1,5 0 1, ,6 18 1, ,7 36 1, , , ,8 54 1, ,9 72 2,0 90

172

173

174

175 Robot Kolları için en ideal Elektromekanik Sistem: Servo Motorlar

176 Soğutucu fan Eski tip motorlarda doğrudan motor şaftına bağlanmış bir motor fanı bulunur. Motor düşük hızda çalışırken fan, motoru soğutmak için yeterli havayı hareket ettiremez. Daha yeni motorlarda ayrı bir fan monte edilmiştir. Bu fan, ideal soğutucu havayı sağlar. Bu fan sabit bir gerilim kaynağıyla güçlendirilmiştir. Böylelikle servo motorun hızından bağımsız olarak her zaman döner.

177 Servo Motorlar ve Kontrolü Bir Servo Motor biri besleme ( +VCC ), diğeri toprak ( Ground ), diğeri de bilgi girişi ( Data In, SGN ) olmak üzere üç adet giriş ( Input ) birimi içerir. Bu besleme ve toprak girişleri kaynağa bağlanırken, Bilgi girişi bir çeşit Zamanlayıcı Dalga Üretim birimine bağlanır. Kare Dalga üreten dalga üreteci, Motora belirli zaman aralıklarında Darbe ( PULSE ) üretirler. Bu darbelerin sıklığına göre Motor hızlı çalışırken, geniş periyotlu darbelerde yavaş çalışırlar.

178 R/C Servo Motor R/C Servo Motor dediğimiz şey dc akımla çalışan ve istenilen açı aralığında dönen motorlardır. R/C, Radio Controlled anlamına gelir. Servo motorlar DC Motorların temel mantığını kullanırlar. Fakat buna karşın elektronik pozisyon kontrol devresi ve elektronik şaft gibi ekstra bileşenleri vardır. Servo motor şaftın kaç derece ve hangi hızda döndüğünü algılar ve girişe bunu geri besleme olarak verir. Motorun pozisyonunu algılamak için rotora takılı bir potansiyometre bulunur. Bu potansiyometreden gelen analog değer ile inputtaki sinyal karşılaştırılır ve output olarak motorun yeni pozisyonu kontrol edilir.

179 R/C Servo Motor R/C servo motorun pozisyonunu kontrol etmek için PWM sinyali kullanılır. Motorun inputuna gelen PWM sinyalinin görev çevrimine(duty cycle) göre motor, pozisyon değiştirir. R/C Servo Motorlarda pozisyon açısal derece esasına göre kontrol edilir. Pozisyon kontrol devresi PWM sinyalinin görev çevrimine göre döneceği dereceyi hesaplar. PWM sinyalinin çevrim süresi aynı kaldığı müddetçe motor pozisyon değiştirmez. Yalnız önemli olan nokta şudur ki; servo motorda dönmenin gerçekleşebilmesi için PWM siyalinin frekansı 50 Hz olmalıdır. Yani kontrol sinyalinin periodu 20 ms olmalıdır. -

180 Servo motorun 555 ile sürülmesi Motorun darbe üretici birimi Nano Saniye ( saniyenin milyarda biri) mertebelerinde çalışabilirler. Bu da çok hassas bir konum ve hız kontrolü demektir. Örnek olarak aşağıdaki devrede Kare Dalga Üreteci 555 kullanılmıştır. Burada P1 ile gösterilen Ayarlı Direnç ( Potansiyometre ) üretilen darbelerin sık ya da seyrek olmasını sağlamaktadır.

181 Servo motorun 555 ile sürülmesi R5 10k R1 220R 8 U1 R4 BAT1 6V 73% RV1 10k 4 5 R CV VCC Q DC k Q1 BD TR GND TH 6 A R3 15k B C C2 100nF C1 100nF D

182 Potansiyometre üretilen darbelerin sık ya da seyrek olmasını sağlar

183 R4(1) 5VDC R5 33k 8 U1 R4 47k R1 68k R2 10k R CV TR GND VCC Q DC TH R3 1k Q1 BC C1 100nF

184 enkoderler

185

186 ENCODERLER (ŞAFT POZİSYON ALGILAYICI) Encoderler robot ve otomasyon projelerinde açısal dönme hızını ve düzeneğin açısal pozisyonunu belirlemek amacıyla kullanılır. Encoder diskinin üzerinde belirli aralıkla delikler vardır. Encoder diski dönerken IR LEDin yaydığı ışık deliklerden geçer ve karşı taraftaki fototransistörü tetikler.

187 ENCODERLER Delik olmayan kısımlarda ise IR ışık fototransistörü tetikleyemez. Bu şekilde alınan sinyaller sayılabilir ve mikrodenetleyiciye gönderilebilir. Mikrodenetleyicide yazılı program ile sinyaller işlenerek gerekli işlemlerin gerçekleştirilmesi sağlanır.

188 Alan Etkili Sensör (Hall effect sensör)

189 Alan Etkili Sensör (Hall effect sensör) Alan etkili sensörler, manyetik alanın varlığını algılar. Herhangi bir manyetik alan olmadığı durumda bir potansiyel fark yoktur. Hall gerilimi 30 mv değerinde bir gerilim olduğundan bir yükselteç ile yükseltilmelidir. Bazı Hall sensörler tek çıkışlı olarak imal edilirken bazı sensörler iki çıkışlı yapılır. Tek çıkışlı Hall sensörü motor dönerken N kutbundan S kutbuna geçişi algıladığında sinyal verir. Diğeri S kutbundan N kutbuna geçişinde de sinyal verir.

190 Hall etkisi Hall etkisi switch: Hall sensörü ön yüzüne mıknatısın S kutbunun veya arka yüzüne mıknatısın N kutbunun yaklaşmasıyla birlikte ON konumuna gelecektir. Mıknatıs ortamdan uzaklaştığında ise OFF konumuna gelecektir. Hall etkisi latch anahtarı: Hall etkisi anahtar (latch) devresinde sensör bir kez ON olduktan sonra, mıknatıs ortamdan uzaklaştırılsa dahi ON konumunda kalmaya devam edecektir. Mıknatısın ters kutbu yaklaştırıldığında OFF konumuna geçecektir.

191 Tako generator

192 takogeneratör Genelde 10 V/ 1000 rpm gibi değer yazar. Bu şu demektir 1000 devirle dönen mile bağlı takojeneratör 10 V üretir. Yada devir başına 0,01 V =10mV eder. Takogeneratör voltajın polaritesi değişeceğinden ilerimi yoksa gerimi döndüğünü de gösterir. Elektrik motorlarının hız ölçümlerinde, Dönen makine parçalarının hız ölçümlerinde kullanılır. Yani;üretilen voltaj yerine rpm devir taksimatı yapılır.

193 N kanal mosfet çıkışı Mosfet çıkışı ile mikrodenetleyici çıkışı aynı fazlıdır. Mosfet kapı girişine lojik-1 seviyeli sinyal geldiğinde mosfet iletime geçer. Mosfet sayesinde servo motor kendisi için gereken akımı gerilim kaynağından çeker.

194 Servo motorun değişik açılarda döndürülmesi RA0/AN0 2 RA1/AN1 3 RA2/AN2/VREF-/CVREF 4 RA4/T0CKI/C1OUT 6 RA5/AN4/SS/C2OUT 7 RE0/AN5/RD 8 RE1/AN6/WR 9 RE2/AN7/CS 10 OSC1/CLKIN 13 OSC2/CLKOUT 14 RC1/T1OSI/CCP2 16 RC2/CCP1 17 RC3/SCK/SCL 18 RD0/PSP0 19 RD1/PSP1 20 RB7/PGD 40 RB6/PGC 39 RB5 38 RB4 37 RB3/PGM 36 RB2 35 RB1 34 RB0/INT 33 RD7/PSP7 30 RD6/PSP6 29 RD5/PSP5 28 RD4/PSP4 27 RD3/PSP3 22 RD2/PSP2 21 RC7/RX/DT 26 RC6/TX/CK 25 RC5/SDO 24 RC4/SDI/SDA 23 RA3/AN3/VREF+ 5 RC0/T1OSO/T1CKI 15 MCLR/Vpp/THV 1 U1 PIC16F877A B1 5V X1 CRYSTAL C1 22pF C2 22pF Q1 IRF640 R1 1k R2 3.3k R3 10k RESET 5VDC SERVO SERVO MOTOR KONTROLU

195 Servo motorun değişik açılarda döndürülmesi void main() { int i; portd=0x00; trisd=0x00; while(1) { //move CCW saat tersi for(i=1;i<=50;i++) { portd=(1<<rd7); //output high delay_us(1400); //-18 derece icin portd=(0<<rd7); //output low delay_ms(20); } //move CW saat yonu for(i=1;i<=50;i++) { portd=(1<<rd7); delay_us(1600); portd=(0<<rd7); //+18 derece donsun delay_ms(20); }

196 Servo motorun değişik açılarda döndürülmesi //move CCW saat yonu for(i=1;i<=50;i++) { portd=(1<<rd7); delay_us(1200); portd=(0<<rd7); //-54 der donsun delay_ms(20); } //move CW saat yonu for(i=1;i<=50;i++) { portd=(1<<rd7); delay_us(1800); portd=(0<<rd7); //+54 derece donsun delay_ms(20); } } }

197 Servonun ileri geri hareketi RA0/AN0 2 RA1/AN1 3 RA2/AN2/VREF-/CVREF 4 RA4/T0CKI/C1OUT 6 RA5/AN4/SS/C2OUT 7 RE0/AN5/RD 8 RE1/AN6/WR 9 RE2/AN7/CS 10 OSC1/CLKIN 13 OSC2/CLKOUT 14 RC1/T1OSI/CCP2 16 RC2/CCP1 17 RC3/SCK/SCL 18 RD0/PSP0 19 RD1/PSP1 20 RB7/PGD 40 RB6/PGC 39 RB5 38 RB4 37 RB3/PGM 36 RB2 35 RB1 34 RB0/INT 33 RD7/PSP7 30 RD6/PSP6 29 RD5/PSP5 28 RD4/PSP4 27 RD3/PSP3 22 RD2/PSP2 21 RC7/RX/DT 26 RC6/TX/CK 25 RC5/SDO 24 RC4/SDI/SDA 23 RA3/AN3/VREF+ 5 RC0/T1OSO/T1CKI 15 MCLR/Vpp/THV 1 U1 PIC16F877A B1 5V X1 CRYSTAL C1 22pF C2 22pF Q1 IRF640 R1 1k R2 3.3k R3 10k RESET 5VDC SERVO SERVO MOTOR KONTROLU

198 Servonun ileri geri hareketi void main() { int i; portd=0x00; trisd=0x00; while(1) { //move CCW saat tersi for(i=1;i<=50;i++) { portd=(1<<rd7); //output high delay_us(1000); //-90 derece icin portd=(0<<rd7); //output low delay_ms(20); } //move CW saat yonu for(i=1;i<=50;i++) { portd=(1<<rd7); delay_us(2000); portd=(0<<rd7); //+90 derece donsun delay_ms(20); } } }

199 Eğer servonun periyoduna dikkat edersek void main() { int i; portd=0x00; trisd=0; while(1) { //move CCW saat tersi for(i=1;i<=50;i++) { portd=(1<<rd7); //output high delay_us(1300); //-36 derece icin portd=(0<<rd7); //output low delay_us(18700); } //move CW saat yonu for(i=1;i<=50;i++) { portd=(1<<rd7); delay_us(1700); portd=(0<<rd7); //+36 derece donsun delay_us(18300); }

200 Eğer servonun periyoduna dikkat edersek //move CCW saat tersi yonunde - 18 derece for(i=1;i<=50;i++) { portd=(1<<rd7); //output high delay_us(1400); //-18 derece icin portd=(0<<rd7); //output low delay_us(18600); } //move CW saat yonu for(i=1;i<=50;i++) { portd=(1<<rd7); delay_us(1600); portd=(0<<rd7); //+18 derece donsun delay_us(18400); }

201 Eğer servonun periyoduna dikkat edersek //move CCW saat tersi yonunde -45 derece for(i=1;i<=50;i++) { portd=(1<<rd7); //output high delay_us(1250); //-45 derece icin portd=(0<<rd7); //output low delay_us(18750); } //move CW saat yonunde +45 derece donsun for(i=1;i<=50;i++) { portd=(1<<rd7); delay_us(1750); portd=(0<<rd7); //+45 derece donsun delay_us(18250); } } }

202 ENCODER KONTROLLÜ SERVO Endüstriyel servolarda motor miline bağlı encoder yada potansiyometre bulunmaktadır. Encoder li tiplerde referans noktası yada başlangıç noktasında encoder değeri sıfır alınarak dönüşlerde encoderden gelen palslar sayılarak uygun değerde motorun durdurulması veya dönen motorda uygun pozisyon yakalandıktan sonra durdurulması sağlanabilir. encoder den gelen A ve B girişleri kullanılır. Bu iki giriş bir birinden yarım faz farkı olan iki sinyal üretirler.

203 birbirinden yarım faz farkı olan iki sinyal

204 Yön tayini ilk okumanın (OLD) A biti ile son okumanın (NEW) B biti nin XOR yapılması ile bulunur. Yukarıdan aşağı doğru çizilen kesikli çizgiler encoderin okuma noktalarını gösterir. Bu noktalarda soldan sağa doğru gidişte (diyelimki motor sağ a dönüyor olsun) okunacak bilgi çiftleri şöyle olacaktır; Bu seferde motor sağdan sola yani sola dönerken aynı bilgilere bir göz atalım şeklinde olacaklardır. Yön tayini ilk okumanın (OLD) A biti ile son okumanın (NEW) B biti nin XOR yapılması ile bulunur.

205 yön biti daima aynı değeri alıyor bir yönde dönüşlerde ilgili bitler XOR yapılırsa yön biti daima aynı değeri alıyor. Sola dönüşte 0, sağa dönüşte ise 1 olmaktadır. (bu tersi de olabilir. ) Yani sola dönüşte yön biti 0,sağa dönüşte yön biti 1 olabilir.

206 XOR KAPISI 0 0 U1 XOR U2 XOR U3 XOR U4 XOR 0

207 Arabalarda kullanılan sileceklerin kontrolü hakkında İki adet PWM servo motor ve bir adet su püskürtme motoru kullanıldı. PIC 16F877A. 3 farklı buton ile silecekler üç farklı şekilde çalışacaktır. 1. butona basılınca silecekler sadece bir defa çalışıp duracak (+90 ileri ve-90 derece geri). 2. butona basılınca silecekler bu işlemi 3 kez tekrarlar ve bekler. 3. butona basılınca su püskürtme motoru çalışacak,silecek motorları 4 defa gidip gelecektir. Su motoru yerine röle de kullanılabilirdi.

208

209

210

211