Skip to main content

Step Motor Nedir ? | Step Motor Eğitimi

STEP MOTOR NASIL ÇALIŞIR ?

Step motor nedir ? Step motor nasıl çalışır ? Step motorun özellikleri nedir ? Step motorun servo motordan farkı nedir ? Step motor nerelerde kullanılır ? Bugün Step Motor İnceleme adlı yazımızı sizlerle paylaşıyoruz.

Başlayalım.

STEP MOTOR NEDİR ?

Step motoru, adım adım dönen bir DC motor türüdür.Elektrik sinyali step motora uygulandığında, motor kademeli olarak dönmektedir  ve dönme hızı, elektrik sinyallerinin uygulandığı hıza ve dönme yönünde palsların çeşidine bağlıdır.

Bir step motor, normal olarak kalıcı bir mıknatıs olan bir rotordan oluşur.İfade edecek olarak ismine ise , motorun dönen bileşeni diyebiliriz.

Bir stator, sarım şeklinde olan başka bir bölümdür.Resim üzerindeki şemada, merkez stator sargısı ile çevrelenen rotordur.Bu dört fazlı sarım olarak adlandırılır.

Step Motorun Çalışması

Stator sargısındaki orta tapa, bobin topraklandığında sargıda akımın yön değiştirmesine izin verir. Statorun manyetik özelliği değişir ve rotoru seçici olarak çeker veya iter ki böylece motor için bir adım hareketi meydana gelir.

Adım Sırası

Motorun doğru hareketini sağlamak için bir adım dizisi takip edilmelidir.Bu kademeli sıra, stator fazına uygulanması gereken voltajı verir.Normalde 4 adımlı bir dizi takip edilir.

Sıra 1’den 4’e kadar olan aşamada izlendiğinde, saat yönünde dönme dönüşü elde edilir ve 4. adımdan 1’e kadar izlendiğinde, saat yönünün tersine dönüş olur.

Adım NoAA’BB’
11001
21100
30110
40011

Arayüz Şeması

Resim üzerindeki şema, adım motorunun bir mikro denetleyici ile arayüzünü göstermektedir.Bu genel bir diyagramdır ve PIC mikro denetleyici, AVR veya 8051 mikro denetleyici gibi herhangi bir mikro denetleyici ailesine uygulanabilir.

Mikro denetleyici motoru çalıştırmak için yeterli akım sağlayamadığından, motoru sürmek için ULN2003 gibi bir sürücü kullanılır.Benzer şekilde, motoru çalıştırmak için bireysel transistörler veya herhangi bir başka sürücü IC(Integrated Circuit) de kullanılabilir.

Gerekirse, harici çekmeli dirençleri kullandığınız mikro denetleyiciye bağlı olarak pimlere bağlandığını görebilirsiniz.Motor asla denetleyici pimlerine doğrudan bağlanmamalıdır.Motor voltajı motorun boyutuna bağlıdır.

Tipik bir 4 fazlı uni-polar step motorun 5 terminali vardır. 4 fazlı terminaller ve toprağa bağlı merkez tapanın ortak bir terminalidir.

Saat yönünde modda sürekli rotasyon için programlama algoritması aşağıda verilmiştir.

Başlayalım ,

Motor için kullanılan port pinlerini çıkış olarak başlatın.

500 ms olduğunu varsaydığımız bir gecikme programı yazın

Pinler üzerinde ki ilk sıralı çıktılar  -0 × 09

Gecikme fonksiyonunu çağırın

Pinler üzerinde ki ikinci sıralı çıktılar  -0 × 0 c

Gecikme fonksiyonunu çağırın

Pinler üzerinde ki üçüncü sıralı çıktılar  -0 × 06

Gecikme fonksiyonunu çağırın

Pinler üzerinde ki ilk sıralı çıktılar  -0 × 03

Gecikme fonksiyonunu çağırın

3. adıma geçin

step motor inceleme yazısı

Adım açısı

Tam bir dönüşü tamamlamak için gereken adım sayısı, adım motorunun adım açısına bağlıdır.Adım açısı, adım başına 0,72 dereceden 15 dereceye kadar değişebilir.Bir dönüşü tamamlamak için bu 500 ila 24 adım arasında gerekli olabilir.Pozisyon kontrol uygulamalarında motor seçimi, adım başına gerekli olan minimum dönüş derecesine dayanmalıdır.

Yarım adım

Step motorlar, gerçek adım açısının yarısında kullanılabilir.Buna yarım adım denir.Bir motorun adım başına 15 derece olduğunu varsayalım, o zaman adım başına 7.5 derece dönecek şekilde programlanabilir, bu sayede özel bir yarım adımlama sırası uygulayabilirsiniz.

Adım NoAA’BB’
11001
21000
31100
40100
50110
60010
70011
80001

8051 Mikrokontrolör için C Kodu

#include

#define out P1 //Motor düşük Port1 üzerine bağlandı

#define step 50 //motorun bir dönüşü 1.8 derece

Unsigned char i;

Void delay (unsigned char k);

Void main()

{

For (i=0 ; i>0 ; k–)

{

For (j=0; j<<40000; j++);

}

}

Step Motor vs. Servo Motor

Hem step motor hem de servo motor öncelikli olarak pozisyon kontrol uygulamalarında kullanılır.Fakat servo ve step motorların çalışma ve yapımında bir fark vardır.

Step motor, rotorları üzerinde çok sayıda kutup veya dişe sahiptir ve bu dişler, statorun elektriksel olarak mıknatıslanmış bobininin çekildiği veya itildiği manyetik kuzey ve güney kutupları gibi hareket eder.Bu, bir stepperın oluşturduğu adım hareketine yardımcı olur.

Diğer yandan, bir servo motorda, konum, motor şaftını hareket ettirmek için bir hata sinyali oluşturan özel devre ve geri besleme mekanizması tarafından kontrol edilir.

STEP MOTOR İNCELEME YAZISI SONUÇ :

Bugün Step Motor İnceleme adlı yazımızı sizlerle paylaştık.Step motorlara dair daha önce de kılavuz niteliğinde yazılar paylaşmıştık.Umuyorum konunun anlaşılması açısından faydalı olmaktadır.Diğer bir temel elektronik yazısında görüşmek üzere.

İyi Çalışmalar

Step Motor Nedir ?|Step Motor İnceleme Kılavuzu

STEP MOTOR EĞİTİMİ

Step motor nedir ? Step motor nasıl sürülür ? Step motor çeşitleri nedir  ? Step motor özellikleri nedir ? Bu ve benzeri sorulara cevap aradığımız bu yazımızda Step motorlar ile ilgili bu yazıyı sizlerle paylaşıyoruz.

STEP MOTOR NEDİR ?

Step motorlar ayrık adımlarla hareket eden DC motorlardır.Fazlar olarak adlandırılan gruplarla organize edilirler ve çok sayıda bobine sahiptir.Adım adım ve sırası ile her faza enerji verilerek motor döndürülür.

Bilgisayar kontrollü stepping ile çok hassas konumlandırma ya da hız kontrolü elde edilebilir.Bu nedenle uygulamalarda step motorlar, hassas hareket kontrolü için çok fazla tercih edilen motordur.

Step motorlar birden fazla boyutlarda , stillerde ya da elektriksel özelliklerde olabilir.

Step Motorlar Ne İşe Yarar ?

Konumlandırma : Step motorlar hassas , tekrarlanabilir adımlarla hareket ettikleri için  ,uygulamalarda mükemmel sonuçlar doğururlar.3D yazıcı , CNC , Kamera platformları ve X,Y gibi hassas konumlandırma gerektiren çizim işlemleri örnek olarak verilebilir.Aynı zamanda bazı disk sürücülerinde ek olarak yazma/okuma işlemleri adına ilgili donanımı konumlandırmak için step motorları kullanılır.

Hız Kontrolü : Hassas bir hareket artışı istiyorsanız , step motorlar bizlere mükemmel bir kontrol imkanı sağlarlar.Örnek olarak Dönüş hızları , robotlarda devir sayısı vb.

Düşük Hız Torku : Normal bir DC motor düşük hız seviyelerinde çok fazla tork’a sahip değildir.Fakat , step motor düşük hızlarda maksimum tork’a sahiptir.Bu nedenle düşük hızlarda yüksek torklar adına iyi bir seçimdir.Yüksek tork , düşük hız gerektiren uygulamalarda kullanılabilir.

Eksik Yönleri – Sınırlamaları Nedir ?

Düşük Verimlilik : DC motorlardan farklı olarak step motorların çektikleri akım yükten bağımsızdır.Bu durumda tamamen bir yükün altında olmadıklarında dahi çok yüksek akım çekmektedirler.Bu sebeple çok sıcak çalışmaktadırlar.

Sınırlandırılmış Yüksek Hızlı Tork : Genel olarak step motorlar yüksek hızlarda düşük hızlara göre daha düşük tork’a sahiptir.Bazı stepler daha yüksek hızlarda performans için optimize edilmişlerdir ancak bu performansın gerçekleşmesi için uygun bir sürücü ile eşleştirilmeleri gerekmektedir.

Geri Bildirimin Olmaması : Servo motorlardan farklı olarak çoğu step motor konum için geri bildirim vermez.Her ne kadar kesin bilgiler ‘açık döngü’ ile sağlanabilsede bu durum olumsuz olarak step motorlara yansımaktadır.Burada limit anahtları , home dedektörleri vb. kullanılarak bir referans pozisyonu oluşturmak gerekmektedir.

Step Motor Çeşitleri :

Çok özel sürücüler gerektiren çok çeşitli step motor tipleri bulunmaktadır.Biz bu yazımızda yaygın olarak kullanılan ve kolay bulunabilen sürücülerle çalışabilen step motorlara odaklanacağız.

Bunlar ; Kalıcı Mıknatıslı veya Hibrid Stepper , 2-Faz Bipolar ya da 4-Faz Unipolar

Motor Boyutu :

Bizim dikkate almamız gereken ilk şey , motorun yapması gereken işi belirlemektir.Tahmin edeceğiniz üzere, daha büyük motorlar daha fazla güce ihtiyaç duyabilir.Step motorlar daha küçük boyutlarla gelmektedir.Çoğu motor tork derecelerine sahiptir.İlk yapmanız gereken işte motorun yeterli güce sahip olup olmadığına bakmak olacaktır.

NEMA 17 , 3D yazıcılar da ya da CNC sistemlerinde kullanılan yaygın bir ölçüdür.Daha küçük motorlar , birtakım robotik ya da animatronik uygulamalarda kullanılmaktadır.CNC makinalarında ya da endüstriyel uygulamalarda daha büyük NEMA ölçü/çerçeveleri bulunmaktadır.

NEMA numaraları , motoru monte etmek adına standart koruyucu levha boyutlarını tanımlar.Fakat motorun diğer özelliklerini tanımlamazlar.İki farklı NEMA 17 motoru tamamen farklı elektriksel ya da mekanik özelliklere sahip olabilir ve zorla vb. değiştirilemezler.

step motor nedir

Adım Sayısı :

Göz önünde bulundurmamız gereken bir diğer nokta ise istenilen konumlandırma çözünürlükleridir.Her bir dönüşte adım sayısı 4 ila 400 arasında değişmektedir.Yaygın olarak kullanılan adım sayıları 24 , 48 veya 200’dür.

Çözünürlük burada  çoğu zaman adım başına derece olarak ifade edilir.1.8 Derecelik bir motor demek 200 adım/devir  step motoru ile aynı anlama gelmektedir.

Yüksek çözünürlük dönüşümleri hız ve torktur.Yüksek adım sayım motorları benzer boyutlu diğer motorlardan düşük RPM’e sahiptir.

Yüksek step oranlarına sahip olanlar düşük torkta bu motor sonuçlarına , aynı boyuttaki ve aynı hızlardaki düşük step sayım motorlarından daha fazla ihtiyaç duyarlar.

Dişli Sayıları :

Yüksek konumlandırma çözünürlüğü elde etmenin diğer bir yoluda dişlilerdir.8 adımlı/devirli bir motora 32:1 dişli sisteminin uygulanması sonucunda motorun çıkışı 512 adımlı bir step motor olacaktır.

Bir dişli çarkı ile motorun torku arttırılabilir.Bazı küçük dişli step motorlar daha etkileyici torklara sahiptirler ancak trade-off denilen stepler çok daha hızlıdır.Düşük RPM uygulamalarında dişli motorlar genel olarak sınırlandırılmıştır.

Mil Tarzı :

Dikkat etmemiz gereken diğer bir nokta ise ; motorun tahrik sisteminin geriye kalan kısmının nasıl bir arayüz oluşturacağıdır.Motorlar çeşitli şaft stilleri ile kullanılabilirler.

Yuvarlak veya ‘D’ Mil : Çeşitli standart çaplarda bulunmaktadırlar ve birçok kasnak , dişli veya mil bağlantı elemanları vb. tasarlanmıştır.’D’ milleri düzleştirilmiş taraflara sahiptir ve kaymayı önlemeye yardımcı olurlar.Yüksek torklar istenildiğinde bu miller daha çok istenilmektedir.

Dişli Şaft : Bazı şaftlar sağa doğru dişli dişlerine sahiptir.Tipik olarak bu şaftlar modüler dişli trenlerle eşleşmek için tasarlanmıştır.

Kurşun-Vida Mili : Kurşun-Vida milleri olan motorlar doğrusal aktüatörler oluşturmak için kullanılmaktadırlar.Bu millerin minyatür versiyonları birçok disk sürücülerinde kafa pozisyonlayıcı olarak bulunabilmektedir.

Kablolama :

Step motor kablolamada birçok varyasyon bulunmaktadır.Burada yine Kalıcı Mıknatıslı veya Hibrid Stepperlar , 2-Fazlı bipolar ya da 4-Fazlı bipolar kablolu olanları inceleyelim.

Bobinler ve Fazlar :

Bir step motorda herhangi bir sayıda bobin bulunabilir.Fakat bunlar ‘fazlar’ grubu olarak adlandırılan gruplarla bağlantılıdırlar.

Bir fazdaki tüm bobinler birlikte enerjilidir.

Unipolar vs. Bipolar  :

Unipolar sürücüler ; fazları daima aynı yolla enerjilendirirler.Önde olan bir tanesi , ‘Ortak’ olan daima negatif olmak zorundadır.Ve diğer bir bobinse pozitif olmak zorundadır.Unipolar sürücüler basit transistör devresi gibidir.Burada tork bakımından daha az olması avantajsız bir durumdur.Bu durumun sebebi ise sadece bir zamanda bobinlerin yarısının enerjilendirilmesidir.

Bipolar sürücüler ; fazlardaki akım akışını gerçekleştirebilmek adına H-Köprü devresini kullanırlar.Değişen polarite ile fazların enerjilendirilmesi tarafından tüm bobinler motoru çevirmeye başlar.

2 faz bipolar motorlar 2 grup bobine sahiptir ve 4 faz unipolar motorlarda 4 bobine sahiptir.2-Faz bipolar motor , her faz için 4 kabloya sahiptir.Bazı motorlar ise daha esnek olarak gelir ve bu durumda sizlere motoru bipolar ya da unipolar olarak çalıştırma imkanı tanır.

5-Kablolu Motor :

Bu stil yaygın küçük unipolar motorlarda kullanılır.Tüm ortak kablolar birbirine içerde bağlıdır.Bu durum sadece unipolar motor olarak sürülebilir.

6-Kablolu Motor :

Bu motor’da 2 eşli faz ortak kablo şeklinde kullanılabilir.Bu iki kablo 5-Telli unipolar motor yaratmak için kullanılabilirler.Ya da direk olarak bunları görmezden gelip düzenleyerek bipolar bir motor gibi kullanabilirsiniz.

8-Kablolu Motor :

8-Kablolu  unipolar en çok kullanışlı ve yönlü motordur.Birçok şekilde sürülebilmektedir.

4-Faz unipolar şeklinde sürülebilirdir.Tüm ortak kablolar birbirine 5-Kabloluda olduğu gibi bağlanabilir.

2-Faz serisi bipolar şeklinde sürülebilir.Burada tüm kablolar 6-kabloluda olduğu gibi birbirine seri olarak bağlanabilir.

2-Faz paralel bipolar şeklinde sürülebilir.Burada fazlar paralele bağlanır.Sonuçlar direnç ve indüktansın yarısı olacaktır ancak sürücü akımınıda 2’ye bölmek gerekir.Avantajları ise , bu kablolamada yüksek tork ve yüksek hız olacaktır.

Bir step motor kullanmak , düzenli fırçalı bir DC motoru sürmekten biraz daha karışıktır.Step motorlar motorun sıralı olarak dönmesi için fazları enerjilendirecek bir step kontrolöre ihtiyaç duymaktadır.

Basit Unipolar Sürücüler :

En basit sürücü tipi birkaç işe yarar transistör ile kurulabilir.Transistörleri , fazlara enerji vermek ve motoru çalıştırabilmek için sırayla açıp kapayın.Unipolar motorlar nispeten daha ucuzdurlar ancak aynı zamanda sadece unipolar motorlarla çalışmaktadırlar.

Basit Dual H Köprü Sürücü :

Bipolar motor kullanmak için 2 tam H köprüsü gerekir ki böylece akımı fazlara tersleyerek gönderebilir.H-Köprüsünü sıfırdan yapmak zor olacaktır ancak işimizi kolaylaştıracak sistem üzerinde birçok H-Köprüsü bulunmaktadır.

Burada L293D en popüler ve ucuz çiplerden birisidir.Bu çipleri V1 Adafruit Motor kalkanı dahil , ilk nesil motorlarınıın kalkanlarında vb. görebilirsiniz.

Sürücüyü Steple Eşleştirme İşlemi :

Artık en önemli yerlerden birindeyiz.Motorun ve sürücünün birbiri ile uyumlu olması gerekmektedir.

Uyumsuz motor ya da sürücüler çok kötü performanslara neden olabilirler.Ya da daha kötüsü motor veya sürücüye zarar verebilirler.

Sürücü Özelliklerini Biliniz !

Sürücü özelliklerinde dikkat etmeniz gereken iki parametre ;

Voltaj -> Sürücünün motora sağlayabileceği maksimum voltajdır.

Sürekli Akım -> Sürücünün motora sağlayabileceği maksimum akımdır.

Not : Tepe akım değerleri , adım motorlarına uygulanamaz.Her zaman ‘sürekli’ olan ile devam ediniz.

Motor Spesifikasyonlarını bilin !

Burada motorun elektriksel özelliklerini de bilmemiz gerekmektedir.Burada da dikkat edilmesi gereken iki parametre ;

Faz başına amper ; Bu motor sargılarının ısınma olmadan idare edebileceği maksimum akımdır.

Faz başına direnç ; Bu , her fazın direncidir.

Voltaj/Gerilim dereceleri genel olarak belirtilir.Burada bulunan faz ve amperden hesaplanır ancak bu her zaman olmamaktadır.Ya da kendiniz OHM yasası ile (V=IR) hesaplayabilirsiniz.

Kurallar :

Step motor fazları , indüktördür.Bu sebeple de akım akışı üzerindeki hızlı değişimlere direnirler.Ancak  her adımın sonunda ya da hareket olmadığında , tamamen dirençli bir yük gibi davranırlar ve bu duruma göre çalışmalara devam ederler.

Sürekli durma da step motorun en yüksek akımı çekmesi sonucu olmaktadır.Bu sebeple de OHM kanunu bize motor özelliklerini hesaplamak ve sürücü için gerekli akım miktarını vb. belirlemek adına kullanılacaktır.

V = I x R ya da I = V / R

Bu formüller tüm ‘sabit voltaj’ kademeli kontrolörler için uygulanmalıdır.

Bazı motorlar da çok düşük bobin direncine sahiptirler.Bu formülleri tam olarak uygularsak , burada sürücü voltajı 5V’un altına inecek ve performans iyi olmayacaktır.Bu tip motorlarda sürekli-voltaj sürücüleri ile iyi şekilde eşleşmemektedir.

Eğer burada voltaj , akım gibi değerlerde hata yapılırsa , entegre vb. komponentlerde yanma , işlevsiz hale gelme durumları ile karşılaşabilirsiniz.

Lenz Yasası :

Step bobinler enerjilendiğinde manyetik alanlar yaratırlar ve bu durumda mevcut akımın tersi yönünde bir alan oluşacaktır..Buna ters akım ‘Geri Elektromotor Kuvveti’ ya da ‘Geri EMF’ olarak denir.

Geri elektromotor kuvveti ‘empedansı’ yükseltir ya da bobinin efektif direncini yükseltir.Bu durumda hala ohm yasası uygulanabilirdir. Ancak empedans için durum sadece tek faz direnci değildir.Empedans limit akım akışları her step başındaki bobin üzerinden akar.

Chopper Sürücüleri :

Chopper ya da sabit akım sürücüsü geri EMF için motor tarafından daha yüksek voltaj ile sürülür.Step sürücü motorları çoğu zaman bu oranlardaki chopper sürücü ile kullanmak çok mümkün görünmemektedir.

Bu yüksek voltajlarda sistemi güvenli tutmak adına ise , chopper sürücüler motordan gelen akımıda sürekli izlerler ve akımın önceden belirlenmiş seviyeye gelmeden kesilmesini sağlarlar.

Yüksek voltajla başlayarak , chopper sürücü adım başlarında artan uygun tork ile birlikte bobinlere daha fazla akım yükleyebilir.Düşük hızlardaki torka ek olarak , yüksek hızlarada izin verir.

Chopper sürücü seçmek adına , motor ve kontrolörü çok iyi anlamak ve gerekliliklerini iyi bilmek gerekmektedir.

Unipolar Step Motor Sürme Örneği ;

Eski bir disket sürücüsünde kolaylıkla bu motoru görebilirsiniz ve bu step motorları sürmek kolaydır.Kullandığımız , birisi güç (Vcc) olan ve diğeride motorun eş zamanlı sinyal gönderilmesini sağlayan 6 konnektöre sahip bir motordur.

Buradaki örnekte motor dönüşü tek yönlü olacaktır.Amaç ise nasıl kontrol edildiği konusunda bilgi vermek olacaktır.

Prototip olaraksa , bir analog girişe ve bir ULN2003A sürücüsüne bağladığımız 10K potansiyelli bir cihazla işlemlerimizi gerçekleştireceğiz.Bu çipin içerisinde gömülü bir demet transistör bulunmaktadır.Arduino kartı bizlere Atmega8’den daha yüksek akım çeken cihazların bağlanmasını sağlar.

Unipolar step motorlar 5 kabloludur.

Kırmızı : Güç konnektörü , 5V

Turuncu ve siyah ; Bobin1

Kahverengi ve sarı ; Bobin2

Örnek Kod ;

  • int motorPin1 = 8;
  • int motorPin2 = 9;
  • int motorPin3 = 10;
  • int motorPin4 = 11;
  • int delayTime = 500;
  • void setup() {
  • pinMode(motorPin1, OUTPUT);
  • pinMode(motorPin2, OUTPUT);
  • pinMode(motorPin3, OUTPUT);
  • pinMode(motorPin4, OUTPUT);
  • }
  • void loop() {
  • digitalWrite(motorPin1, HIGH);
  • digitalWrite(motorPin2, LOW);
  • digitalWrite(motorPin3, LOW);
  • digitalWrite(motorPin4, LOW);
  • delay(delayTime);
  • digitalWrite(motorPin1, LOW);
  • digitalWrite(motorPin2, HIGH);
  • digitalWrite(motorPin3, LOW);
  • digitalWrite(motorPin4, LOW);
  • delay(delayTime);
  • digitalWrite(motorPin1, LOW);
  • digitalWrite(motorPin2, LOW);
  • digitalWrite(motorPin3, HIGH);
  • digitalWrite(motorPin4, LOW);
  • delay(delayTime);
  • digitalWrite(motorPin1, LOW);
  • digitalWrite(motorPin2, LOW);
  • digitalWrite(motorPin3, LOW);
  • digitalWrite(motorPin4, HIGH);
  • delay(delayTime);
  • }

STEP MOTOR NEDİR SONUÇ :

Bugünki yazımızda Step Motor İnceleme Kılavuzu adlı yazıyı sizlerle paylaştık.Step motorlara dair umuyorum bilgilendirici bir yazı olmuştur.Step motorlar ile ilgili Plc ile sürme vb. konulara dair bu blogta diğer konularla ilgili bilgiler de bulabilirsiniz.

İyi Çalışmalar