SABİT MIKNATISLI MOTORLAR ve SÜRÜCÜLERİ 1-Step Motorlar - Sabit mıknatıslı Step Motorlar 2- Sorvo motorlar - Sabit mıknatıslı Servo motorlar 1- STEP (ADIM) MOTOR NEDİR Açısal konumu adımlar halinde değiştiren, çok hassas sinyallerle sürülen motorlara adım motorları denir. Adım motorları, belirli adımlarla hareket eder. Bu adımlar, motorun sargılarına uygun sinyaller gönderilerek kontrol edilir. Herhangi bir uyartımda motorun yapacağı hareketin ne kadar olacağı motorun adım açısına bağlıdır. Adım açısı, motorun yapısına bağlı olarak 90, 45, 18, 7,5, 1,8 veya daha değişik açılarda olabilir. Step motorları, bir motor turundaki adım sayısı ile anılır. Örnek olarak 400 adımlık bir step motor, bir tam dönüşünde (tur) 400 adım yapar. Bu durumda bir adımın açısı 360/400 = 0,9 derecedir. Motora uygulanacak sinyallerin frekansı değiştirilerek motorun hızı kontrol edilebilir. Adım motorlarının dönüş yönü, uygulanan sinyallerin sırası değiştirilerek değiştirilir. Kısaca Dijital bilgileri mekanik harekete çeviren motorlara step motorlar denir. STEP MOTORUN YAPISI Step motorlarda döner alan, rotor üzerindeki kollektör aracılığıyla dönüş hareketiyle birlikte rotor üzerindeki sarımların belirli bir sırayla devreye girmesiyle sağlanır. Motor kontrolü mikroişlemciler ya da lojik sistemler aracılığıyla bobinlerin sırayla devreye girmesi ile döner alan oluşturulur ve rotor, motoru kontrol eden mikroişlemci ya da lojik sistemin istediği hızda ve yönde dönmeye başlar. Ayrıca tork değerleri aşılmadığı sürece herhangi bir sensörle geri besleme almaya gerek yoktur.
Step motor rotoru, statoru Şekil -1 Şekil -2 Şekil-1 Rotorun N-S şeklinde dilimler halinde sıralanmış mıknatıslardan oluşur. Mıknatısların sayısı nekadar fazla olursa hassasiyeti ve çözünürlüğü okadar iyi olur. STEP MOTORUN ÇALIŞMA PRENSİBİ Step motor stator sargılarının belirlenen sıra ile devreye sokulması ile dönme elde edilir. Bu sıranın yönü motorun devir yönünü belirler. Motor hızı ise frekansla doğru orantılı olarak değişir. Aşağıdaki şekilde çalışması daha geniş açıklanacaktır. Stator ve rotor kesiti Rotor ve sargıların şematik görüntüsü Step motorun statoru, üzerine bobinlerin sarılı olduğu elektromıknatıs kutuplardan oluşur. Rotor daisel demir veya doğal mıknatıs çıkık kutuplar vardır. Demir rotor kutupları ve stator kutup nüveleri paketlenmiş sacdan imal edilir. Daha önceki bilgilerimizden demirin manyetik geçirgenliğinin havaya göre 1500(den fazla)kat daha iyi olduğunu ve elektromıknatısın manyetik malzemeleri çektiğini tekrar hatırlayalım. Aşağıdaki şekilde step motorun en temel haliile çalışma prensibi anlatılmıştır. Statordaki altı adet kutup üzerine bobinler sarılmıştır. Bu bobinlerin bağlantısı karşılıklı olarak N-S kutup çiftini oluşturacak şekilde yapılmıştır. Rotor üzerinde ise dört çıkık kutup bulunmaktadır.
A bobin çiftine enerji verildiğinde kendisine en yakın rotor çıkık kutbunu, kutup hizasına çekerek aynı eksene getirecektir ( Örneğin 1-3 nolu rotor kutupları). Rotor A kutup eksenine geldiğinde bu sefer B bobin çiftine enerji verelim. Bu durumda 4-2 nolu rotor kutupları B kutup eksenine kadar çekilerek saat ibresi yönünde 30 O lik bir hareket elde edilecektir. B bobininden sonra C bobinine enerji verildiğinde bu sefer 3-1 nolu rotor kutupları bu sefer C kutup eksenine doğru bir 30 O lik daha hareket gerçekleştirecektir. C bobininden sonra tekrar A bobinine enerji verilecek olursa bu sefer 2-4 rotor kutupları A kutup eksen hizasına gelecektir. Dikkat edilecek olursa A-B-C bobinlerine sıralı enerji vererek rotorun 30 ar derecelik hareketi sağlanmaktadır. Bu anahtarlamaya devam edildiği taktirde dönme hareketi gerçekleşmiş olacaktır. Eğer anahtarlama sırası C-B-A şeklinde tersten yapılacak olursa bu seferde rotor ters yönde dönecektir. Stator kutup sayısı her zaman için rotor kutup sayısından farklı olmak zorundadır aksi taktirde her stator kutbunun altında bir rotorkutbu olacaktır sıralıanahtarlamadaçekilecekbirkutupolmayacak(zatenkutupaltında)ve dönme hareketi gerçekleşmeyecektir. Rotor ve stator görünüşü
Çalışma prensibi basitçe açıklarsak SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, anahtarları sırayla devreye sokularak 1,2,3,4,5 bobinleri enerjilenerek rotorun dönmesi sağlanır. STEP MOTOR KONTROLÜ Step motorlar, çok yüksek hızlı anahtarlama özelliğine sahip bir sürücüye bağlıdırlar. Bu sürücü, bir encoder veya PLC'den giriş pals'ları alır. Alınan her giriş pals'ında, motor bir adım ilerler. Step motorları bir motor turundaki adım sayısı ile anılırlar. Örnek olarak 400 adımlık bir step motor bir tam dönüşünde (tur) 400 adım yapar. Bu durumda bir adımın açısı 360/400 = 0.9 derecedir. Bu değer, step motorun hassasiyetinin bir göstergesidir. Bir devirdeki adım sayısı yükseldikçe step motor hassasiyeti ve dolayısı ile maliyeti artar. Step Motor Hız Moment eğrisi Step motor etiketinde verilen gerilim değeri, rotor hareketsiz iken tutma torkunun oluşturulması için son sargı ( veya sargılara ) uygulanması gereken gerilim değeridir. Motorun sürülmesi sırasında bu gerilim değeri üzerine çıkılmaması gerekir. Bu gerilimin sargı direncine bölümü bobin akımını verecektir. ADIM MOTORLARIN ÇEŞİTLERİ
Adım motorlar yapılarına göre 5 çeşittir. 1- Sabit mıknatıslı adım motorlar (PM) (a) İki fazlı sabit mıknatıslı iki fazlı adım motor (b) Orta uçlu sargılara sahip sabit mıknatıslı adım motor (c) Disk tipi sabit mıknatıslı adım motor (d) Dört fazlı sabit mıknatıslı adım motor 2- Değişken relüktanslı adım motorlar (VR) (a) Tek parçalı (b) Çok parçalı 3- Hybrid adım motorlar 4- Hidrolik adım motorlar 5- Lineer adım motorlar (a) Sabit Mıknatıslı İki Fazlı Adım Motoru Birinci sargıya (faz 1 e) gerilim uygulandığında rotor, bu sargıların karşısında duracak şekilde hareket eder. Birinci sargı gerilimi kesilip ikinci sargıya (faz 2 e) gerilim uygulandığında rotor, bu kez ikinci sargıların karşısında olacak şekilde döner ve durur. Bu Şekilde 90 lik dönme tamamlanmıştır.(birinci adım=360º:4=90º) (b) Orta uçlu sargılara sahip sabit mıknatıslı adım motor Adım motorun sargılarına uygulanacak gerilim yönüne göre rotorun hareketi saat İbresi yönünde (CW) veya saat ibresinin tersi yönünde (CCW) gerçekleştirilebilir. PM motorun statör sargıları DC kare dalga ile sürülür. Kare dalga darbeler ard arda uygulanacak olursa rotor, normal motorlarda olduğu gibi sabit hızda döner. (c) Disk tipi sabit mıknatıslı adım motor
Disk şeklindeki rotorun ince oluşundan dolayı, bu disk üzerine 100 ün üzerinde sabit manyetik kutuplar yerleştirilir. Bu manyetik kutuplar sadece diskin kenarlarına yerleştirilirse bile yeterli olacaktır. Disk tipi sabit mıknatıslı adım motor 2-Değişken Relüktanslı Adım Motorlar (VR) Variable Reluctance Yandaki şekilde üç-fazlı değişken relüktanslı step motorun kesit görüntüsü verilmiştir. Bu tür motorlarda rotor ve stator dişlerinin sayısı aynı değildir. Sekildeki motorda rotor 4, stator 6 dise sahiptir. Değişken relüktanslı step motorların başlama, durma ve adımları, sabit mıknatıslı step motorlardan daha hızlıdır. 3-Hybrid Adım Motorlar Hybrid adım motorlar sabit mıknatıslı ve değişken relüktanslı adım motorların birleştirilerek geliştirilmiş şeklidir. Hybrid adım motorlarda rotor, sabit mıknatıslı olup çeşitli dişli (kesit) sayısında yapılmaktadır. Ayrıca her bir dişli (kesit) üzerinde de çeşitli sayıda dişler bulunmaktadır. Bu dişlilerin arası diskler yardımıyla yalıtılmıştır.
Hibrid adım motorlarında iki farklı sargı kullanılır. Her bir sargı (faz), sekiz stator kutbundan dördünü dolasır. A ve B sargıları 1, 3, 5, 7 kutupları üzerinde ise, C ve D sargıları 3, 4, 6, 8 kutuplarındadır. Her faza ait yakın kutuplar birbirleriyle zıt yönde sarılmışlardır. AÇIK DÖNGÜ DENETİM KAPALI DÖNGÜ DENETİMİ Step motor ve sürücü sistemi
ADIM MOTORLARIN SÜRÜCÜLERİ Adım Motor Sürücü Devreleri 555 ve 4017 sayıcı entegresi kullanarak yapılmış başka bir sürücü devresi Bu devrede 555 osilatör olarak kullanılmıştır. P1 potansiyometresi yardımıyla üretilen sinyalin frekansı değiştirilmekte bu da 4017 nin çıkışlarındaki sayma sürelerini değiştirmektedir. 4017 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.
Adım osilatörü, sayıcı ve faz çoğullayıcıdan oluşan adım motor kontrol devresi görülmektedir. 555 adım osilatörü adım motor için gerekli olan adım darbelerini üretir. Saat darbesinin frekansı düşük ise motorun dönüşü yavaş, frekans yüksek ise motorun dönüşü hızlıdır. 74191 sayıcısı motorun ileri-geri yönde dönmesini sağlayacak sinyali üretir. 7486 ile yapılan faz çoğullayıcı, sayıcının ürettiği sinyali motorun 4 sargısı için çoğullar. Kontrol devresi çıkışına bağlanan güç sürücü kat görülmektedir. Bu devre, adım motorun sargıları için gerekli olan sinyalin akımını arttırır.
STEP MOTORUN KULLANILDIĞI YERLER Günümüzde adım motorları endüstride birçok kontrol sistemlerinde, hassas konum kontrolü yapmak amacıyla kullanılmaktadır. En çok: Yazıcılar (printer), Çiziciler (plotter), Disket sürücüler (floppy driver), Hard disk sürücüler ( hard disk driver), Teyp sürücüleri, Tıbbi cihazlar, Makine tezgâhları, Dikiş makineleri, Taksimetreler. CNC tezgahları Robot teknolojisinde (milimetrik hareketlerin kontrolünde) Adım motorların avantajları: Geri beslemeye ihtiyaç yoktur, açık döngülü olarak kontrol edilebilirler, Motorun hareketlerinde konum hatası yoktur. Bu özelliklerinden dolayı robotlarda kullanılır. Sayısal olarak kontrol edilebildikleri gibi bilgisayar veya mikroişlemciler ile de kontrol edilebilirler. Mekanik yapısı basit olduğundan bakım gerektirmezler. Herhangi bir hasara yol açmadan defalarca çalıştırılabilirler. Çok hassas konum kontrolü istenen yerlerde çok kullanılır Adım motorların dezavantajları: Adım açıları sabit olduğundan hareketleri sürekli değil darbelidir. Sürtünme kaynaklı yükler, açık döngülü kontrolde konum hatası meydana getirebilirler. Elde edilecek güç ve moment sınırlıdır. Yüksek hızlarda çalıştırmak pek kolay değildir.
2- Sorvo Motorlar Servo motor, bir mekanizmada son kontrol elemanı olarak görev yapan motordur. Genellikle güç sağlayan motorlar belirli bir hızda dönmeye göre tasarlanırken servo motorlar çok geniş bir hız komutunu yerine getirecek şekilde tasarlanır. Servo motorlar kullanıcının komutlarını yerine getiren motorlardır. Komutlar, pozisyon ve hız komutları veya hız ve pozisyonun birleşimi olabilir. Geniş bir hız sınırı içinde kararlı olarak çalışabilmelidir. Devir sayısı, hızlı ve düzgün şekilde değiştirilebilmelidir. Yani küçük boyuttan büyük moment elde edilebilmelidir. Servo Motor Çeşitleri a DA Servo Motor b AA Servo Motor DA SERVO MOTORUN YAPISI DA SERVO MOTORUN ÇALIŞMA PRENSİBİ DA servo motorların iki farklı sargısı vardır. Statora konulan alan sargısı ve rotora konulan endüvi sargısı. Her iki sargı da DA gerilim kaynağına bağlıdır. Servo uygulamalarda sargılar farklı DA kaynaktan tarafından beslenir.
SERVO MOTORLARIN KULLANIM ALANLARI Sabit ve otomatik klimalar, Fanlar, Otomatik kapı, Laboratuar ekipmanları, Paketleme sistemleri, Pompalar, vana sürücüleri, Dikiş makineleri, Kaynak makineleridir Takım tezgahları Matbaa makineleri
YARARLANILAN KAYNAKLAR www.kumanda.org (MEHMET TOSUNER KOCAELİ ANADOLU TEKNİK TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ ELEKTRİK BÖLÜMÜ OTOMASYON ATÖLYESİ DERS NOTLARI) WWW.SİMENS.COM WWW.ELEKTROTEKNO.COM www.bilimteknik.com WWW.MEGEP.ORG (MESLEKÎ EĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN GÜÇLENDİRİLMESİ PROJESİ) ALTUNSAÇLI Adem, Elektrik Motorları ve Sürücüleri, Color Ofset, K.Maraş, 2003. İNTERNET Siteleri, ElektrikMotorları Şekil ve Resimleri PAKSOY Muhittin, Özel Elektrik Makineleri Ders Notları, Bursa, 2004.