अत्यधिक विश्वसनीय स्टेपर मोटर्स: गति नियंत्रण में शक्ति और परिशुद्धता का प्रयोग
स्टेपर मोटर्स अक्सर सर्वो मोटर्स की तुलना में कम मूल्यवान होते हैं, लेकिन वे तुलनीय विश्वसनीयता प्रदान करते हैं। ये मोटर्स नियंत्रकों से ड्राइवरों तक पल्स संकेतों के साथ सटीक रूप से सिंक्रनाइज़ होते हैं,सटीक स्थिति और गति नियंत्रण को सक्षम करनाउच्च कम गति वाले टोक़ और न्यूनतम कंपन के साथ, वे कम दूरी, त्वरित स्थिति में अनुप्रयोगों में उत्कृष्ट हैं।
स्टेपर मोटर्स: सिद्धांतों, प्रकारों और अनुप्रयोगों के लिए एक पूर्ण गाइड
"स्टेपर मोटर्स? सर्वो मोटर्स बेहतर प्रदर्शन करना चाहिए". यह एक आम गलत धारणा है जब स्टेपर मोटर्स पर चर्चा की जाती है। वास्तव में,स्टेपर मोटर्स विभिन्न अनुप्रयोगों में उत्कृष्टता प्राप्त करते हैं, उन्नत औद्योगिक उपकरणों से लेकर दैनिक स्वचालित उपकरणों तकयह लेख बताता है कि वे सटीक संचालित प्रणालियों के लिए शीर्ष विकल्प क्यों बने हुए हैं।
जबकि कुछ लोग स्टेपर मोटर्स को नजरअंदाज कर सकते हैं, उच्च सटीकता नियंत्रण में उनकी भूमिका उद्योगों में महत्वपूर्ण है। वे बिजली कारखाने स्वचालन (एफए), अर्धचालक / एफपीडी / सौर पैनल विनिर्माण उपकरण,चिकित्सा उपकरण, विश्लेषणात्मक उपकरण, परिशुद्धता चरण, वित्तीय प्रणाली, खाद्य पैकेजिंग मशीनें, और यहां तक कि कैमरा एपर्चर समायोजन भी मांग वाले, परिशुद्धता-महत्वपूर्ण वातावरण में अपनी बहुमुखी प्रतिभा साबित करते हैं।
आप स्टेपर मोटर का उपयोग क्यों करते हैं?
उपयोग में आसानः 34%
सस्ताः 17%
सरल संचालन:16%
ट्यूनिंग की आवश्यकता नहीं: 12%
अन्यः 21%
*# प्रश्नार्थियों में से: 258 (कई उत्तरों की अनुमति है) / ओरिएंटल मोटर द्वारा शोध किया गया
मुख्य फायदे: उपयोगकर्ता के अनुकूल, सरल संचालन और कम लागत
स्टेपर मोटर उपयोगकर्ताओं के एक सर्वेक्षण के अनुसार, कई लोग उन्हें अपने उपयोगकर्ता के अनुकूल, सरल संचालन और कम लागत के लाभ के लिए पसंद करते हैं जो सीधे उनके संरचनात्मक और प्रणाली डिजाइन से जुड़े होते हैं।स्टेपर मोटर्स के सरल यांत्रिकी और विन्यास स्वाभाविक रूप से इन लाभों की व्याख्या करते हैंहालांकि, कुछ पाठक उनकी सटीकता और टोक़ प्रदर्शन पर सवाल उठा सकते हैं। ऐसे संदेहों को सर्वो जैसे अन्य नियंत्रण मोटर्स के साथ प्रत्यक्ष तुलना के माध्यम से सबसे अच्छा संबोधित किया जाता है।स्टेपर मोटर की विशेषताओं को समझकर और उन्हें परिचालन आवश्यकताओं के अनुरूप करकेनीचे, हम उनकी प्रमुख विशेषताओं और तकनीकी अंतर्दृष्टि को तोड़ते हैंः
तेज कम/मध्यम गति प्रदर्शन के साथ उच्च रोक सटीकता
स्टेपर मोटर्स असाधारण स्टॉपिंग सटीकता प्रदान करते हैं और सटीक ओपन-लूप नियंत्रण को सक्षम करते हैं। उदाहरण के लिए, आरके II सीरीज एक घूर्णन तालिका की स्थिति (कोई भार नहीं) के दौरान ±0.05° स्टॉपिंग सटीकता प्राप्त करती है।कोई संचयी चरण त्रुटियों के साथइनका एन्कोडर मुक्त डिजाइन ड्राइव सिस्टम को सरल बनाता है, विश्वसनीयता बनाए रखते हुए लागत को कम करता है।
उदाहरण के लिए, स्टेपर मोटर की स्टॉपिंग सटीकता ±0.05° को बॉल स्क्रू तंत्र में परिवर्तित करते समय:
परिचालन की स्थितिः
• मोटरः आरके II श्रृंखला
• गोलाकार पेंच का नेतृत्वः 10 मिमी
रोक सटीकताः ±1.4μm
आम तौर पर एक ग्राउंड बॉल स्क्रू प्रकार की सटीकता ±10μm है। जब एक रोल्ड बॉल स्क्रू प्रकार का उपयोग किया जाता है, तो इसकी सटीकता ±20μm तक घट जाती है,यह दर्शाता है कि स्टेपर मोटर की स्टॉपिंग सटीकता गेंद पेंच प्रकार की तुलना में बहुत अधिक है.
स्टेपर मोटर्स कम/मध्यम गति के टॉर्क में उत्कृष्ट होते हैं, जो सर्वो मोटर्स से एक महत्वपूर्ण अंतर है, जो मध्यम से उच्च गति में लगातार टॉर्क प्रदान करते हैं और लंबे समय तक चलने वाले, उच्च घूर्णन कार्यों के लिए उपयुक्त होते हैं।,स्टेपर मोटर्स में नॉन-फ्लैट टॉर्क वक्र होता है: कम/मध्यम गति पर पीक टॉर्क उच्च गति पर काफी कम हो जाता है। इससे वे कम स्ट्रोक अनुप्रयोगों (जैसे सीमित रोटेशन) के लिए आदर्श होते हैं,जहां वे प्रदान करते हैं:
संक्षेप में, स्टेपर मोर्टार के लिए अनुकूलित करते हैं जहां यह सबसे अधिक मायने रखता हैः कम-मध्यम गति रेंज छोटी दूरी, सटीक-संचालित अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है।
स्टेपर मोटर्स की तीसरी उल्लेखनीय विशेषता उनकी प्रतिक्रियाशीलता है। ओपन-लूप कंट्रोल के साथ, जो मोटर को एकतरफा कमांड भेजता है, स्टेपर मोटर्स कमांड सिग्नल के साथ अत्यधिक सिंक्रनाइज़ कर सकते हैं।इसके विपरीतसर्वो मोटर्स एन्कोडर फीडबैक पर निर्भर करते हैं, अक्सर कमांड देरी का कारण बनते हैं। स्टेपर मोटर्स, हालांकि, आने वाले आवेगों के साथ वास्तविक समय में काम करते हैं, विलंबता को कम करते हैं और तेजी से प्रतिक्रिया सुनिश्चित करते हैं।
यह स्टेपर मोटर्स को बहु-मोटर सिंक्रनाइजेशन की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाता है। उदाहरण के लिए, दो कन्वेयर वाले बोर्ड ट्रांसफर सिस्टम में, प्रत्येक एक अलग मोटर द्वारा संचालित होता है,स्टेपर मोटर्स सटीक रूप से आंदोलनों का समन्वय कर सकते हैं, कन्वेयर के बीच बोर्ड के निर्बाध हस्तांतरण को सुनिश्चित करता है।
उदाहरण: मोटर फ्रेम के 85 मिमी आकार के टॉर्क 1000 आर/मिनट पर 400 वाट सर्वो मोटर के नामित टॉर्क के बराबर है।
कम गति श्रेणी में टॉर्क 5 गुना तक अधिक हो सकता है। छोटी दूरी की स्थिति के लिए, कम / मध्यम गति श्रेणी में उच्च टॉर्क होना आवश्यक है।
लगातार स्टार्ट और स्टॉप के साथ इंचिंग एप्लिकेशन के अलावा, स्टेपर मोटर्स छवि जांच प्रोसेसर की स्थिति के लिए उपयुक्त हैं जो कंपन पसंद नहीं करते हैं,कैम ड्राइव जो सर्वो मोटर्स के साथ समायोजित करना मुश्किल होगाइसके अलावा, बेल्ट ड्राइव के लिए एक गेंद पेंच ड्राइव को बदलकर लागत काफी कम हो जाती है।
लागत में कमी के अलावा, स्टेपर मोटर्स में प्रदर्शन के मामले में कई फायदे हैं। निम्नलिखित चार्ट में आरकेआईआई श्रृंखला के उदाहरण के रूपांतरण टॉर्क को विशिष्ट सर्वो वाट रेंज के लिए दिखाया गया है।.स्टेपर मोटर्स के बारे में अधिक जानकारी के लिए नीचे स्टेपर मोटर्स पर विस्तृत जानकारी, जैसे कि बुनियादी संरचना, प्रणाली और उदाहरण अनुप्रयोगों को पेश किया गया है।
एक स्टेपर मोटर एक निश्चित कदम कोण के साथ घूमता है, एक घड़ी के दूसरे हाथ की तरह।मोटर के भीतर यांत्रिक संरचना के कारण ओपन-लूप नियंत्रण के साथ अत्यधिक सटीक स्थिति निर्धारित की जा सकती है.
घूर्णन और गति का पूर्ण नियंत्रण रखते हुए, स्टेपर मोटर्स की सरल संरचना विद्युत घटकों का उपयोग किए बिना प्राप्त की जाती है, जैसे कि मोटर के भीतर एक एन्कोडर।स्टेपर मोटर्स बहुत मजबूत हैं और बहुत कम विफलताओं के साथ उच्च विश्वसनीयता हैस्टॉप की सटीकता के लिए, ±0.05° (संचयी पिच त्रुटियों के बिना) बहुत सटीक है।क्योंकि स्टेपर मोटर्स की स्थिति खुला-लूप नियंत्रण द्वारा किया जाता है और चुंबकीय स्टेटर और छोटे दांतों के साथ चुंबकीय रोटर द्वारा संचालित, स्टेपर मोटर्स में सर्वो मोटर्स की तुलना में कमांड के प्रति उच्च अनुवर्ती तंत्र होता है। इसके अलावा, स्टेपर मोटर्स को रोकने पर कोई शिकार नहीं होता है। वे बेल्ट ड्राइव में भी उत्कृष्ट हैं,जिनकी कठोरता कम है.
जब आवेगों को आवेग जनरेटर के माध्यम से ड्राइवर को इनपुट किया जाता है, तो स्टेपर मोटर्स इनपुट आवेगों की संख्या के अनुसार स्थिति बनाते हैं। 5-चरण स्टेपर मोटर्स का मूल चरण कोण 0.72° और 1 है।8° दो-चरण स्टेपर मोटर्स के लिएस्टेपर मोटर की घूर्णन गति ड्राइवर को दी गई पल्स आवृत्ति (हर्ट्ज) की गति से निर्धारित होती है,और यह ड्राइवर के लिए इनपुट आवेगों या आवृत्तियों की संख्या को बदलने से स्वतंत्र रूप से मोटर रोटेशन को बदलने के लिए संभव हैस्टेपर मोटर न केवल स्थिति नियंत्रण मोटर के रूप में कार्य करते हैं, बल्कि उच्च सिंक्रनाइज़ेशन के साथ गति नियंत्रण मोटर के रूप में भी कार्य करते हैं।
• उच्च आवृत्ति, निश्चित कदम कोणों की दोहराव स्थिति
• चौड़ाई समायोजन आदि के कारण लंबे समय तक रुकने की आवश्यकता वाली स्थिति।
• उतार-चढ़ाव वाले भार और बदलती कठोरता
• 1 चक्र को विभाजित करने वाली स्थिति
• मोटर शाफ्ट जो समवर्ती संचालन की आवश्यकता है
चूंकि यह संभव है कि सही स्थिति और स्थिति नियंत्रण को कमांड इंपल्स की संख्या और गति के साथ सिंक्रनाइज़ करते हुए किया जा सके, इसलिए उपकरणों की आवश्यकता नहीं है, जैसे कि सेंसर,पोजिशनिंग के लिएइसलिए, पूरी प्रणाली का निर्माण करना सरल है। यदि उन्नत नियंत्रण, जैसे कि एक इंटरपोलेशन ऑपरेशन, की आवश्यकता नहीं है, तो अंतर्निहित नियंत्रक फ़ंक्शन प्रकार ड्राइवर की सिफारिश की जाती है।नियंत्रकों को समाप्त करके लागत कम होती है, जैसे कि एक पल्स जनरेटर और पीएलसी पोजिशनिंग मॉड्यूल।
हालांकि ओपन लूप कंट्रोल के साथ उच्च सटीकता वाली पोजिशनिंग संभव है, लेकिन अगर कोई समस्या उत्पन्न होती है तो क्या होगा?एक एन्कोडर प्रकार या अंतर्निहित सेंसर बंद-लूप नियंत्रण प्रकार मोटर (एआर श्रृंखला) का उपयोग किया जा सकता है.
डिजाइन इंजीनियरों के बीच आम मुद्दा लागत में कमी है। क्या वास्तव में लागत को और कम करने का कोई तरीका नहीं है?गेंद पेंच तंत्र के आधार पर किया गया थानिम्नलिखित परीक्षण के विवरण की व्याख्या करता हैः
1गति को और बढ़ाएँ
2. लागत को और कम करें
[मूल रूप से नियोजित उपकरण की स्थिति] तंत्रः बॉल स्क्रू + सर्वो मोटर स्थिति जैसे कि एक भार, गति, और नेतृत्व, दाईं ओर दिखाया गया है,गेंद शिकंजा और स्टील प्लेट से जुड़ा सर्वो मोटर के आधार पर निर्धारित किया जाता है.
तंत्र को बेल्ट पुली में बदलें
• यदि गति बढ़ाने की कोशिश की जा रही है तो बॉल स्क्रू => बेल्ट तंत्र अधिक उपयुक्त हो सकता है => बेल्ट तंत्र के साथ 1000 मिमी/सेकंड से 1500 मिमी/सेकंड तक संभव है।यदि स्थिति सटीकता के साथ कोई समस्या नहीं है तो बेल्ट में बदलें. • बेल्ट पर स्विच करना संभव हो तो लागत में काफी कमी आ सकती है => बेल्ट सस्ता है लेकिन इसकी कम कठोरता ऑटोमैटिक ट्यूनिंग के साथ भी सर्वो मोटर ऑपरेशन की स्थिरता को प्रभावित कर सकती है.
1पेंच और बेल्ट के बीच स्टॉपिंग सटीकता में अंतर... कितनी स्टॉपिंग सटीकता की आवश्यकता है?
2. कम कठोरता का प्रभाव... बसने के समय पर प्रभाव, ट्यूनिंग समस्या से बचने
• पेंच के साथ बेहतर रोक सटीकता. बेल्ट पर स्विच करने के लिए कोई समस्या नहीं है? => आवेदन की आवश्यक रोक सटीकता ± 0.05 ~ 0.1 मिमी है, जो पेंच के लिए एक के रूप में सटीक नहीं है।अतः, यह बेल्ट के साथ प्रतिस्थापित करने के लिए ठीक होना चाहिए.
• बेल्ट पर स्विच करने पर तंत्र पर कठोरता कम हो जाती है, इस प्रकार सर्वो मोटर आंदोलन अस्थिर हो जाते हैं. => पोजिशनिंग मोटर्स के बीच, स्टेपर मोटर्स में अंतर्निहित एन्कोडर नहीं होता है।इस कारण से, उन्हें कोई समायोजन की आवश्यकता नहीं है और कम कठोरता के खिलाफ मजबूत हैं। उनके आंदोलन उतार-चढ़ाव वाले भार के बावजूद स्थिर हैं। यदि आउटपुट समान है, तो स्टेपर मोटर्स पर विचार करें।
तंत्रः बेल्ट पुली + मोटरः स्टेपर मोटर के साथ प्रयास करें
1पेंच और बेल्ट के बीच स्टॉपिंग सटीकता में अंतर... कितनी स्टॉपिंग सटीकता की आवश्यकता है?
2. कम कठोरता का प्रभाव... बसने के समय पर प्रभाव, ट्यूनिंग समस्या से बचने
• पेंच के साथ बेहतर रोक सटीकता. बेल्ट पर स्विच करने के लिए कोई समस्या नहीं है? => आवेदन की आवश्यक रोक सटीकता ± 0.05 ~ 0.1 मिमी है, जो पेंच के लिए एक के रूप में सटीक नहीं है।अतः, यह बेल्ट के साथ प्रतिस्थापित करने के लिए ठीक होना चाहिए.
• बेल्ट पर स्विच करने पर तंत्र पर कठोरता कम हो जाती है, इस प्रकार सर्वो मोटर आंदोलन अस्थिर हो जाते हैं. => पोजिशनिंग मोटर्स के बीच, स्टेपर मोटर्स में अंतर्निहित एन्कोडर नहीं होता है।इस कारण से, उन्हें कोई समायोजन की आवश्यकता नहीं है और कम कठोरता के खिलाफ मजबूत हैं। उनके आंदोलन उतार-चढ़ाव वाले भार के बावजूद स्थिर हैं। यदि आउटपुट समान है, तो स्टेपर मोटर्स पर विचार करें।
तंत्रः बेल्ट पुली + मोटरः स्टेपर मोटर के साथ प्रयास करें
• ट्रांसपोर्टेबल मास -> अधिकतम अनुमत भार 7kg • यात्रा गति -> 800 मिमी/सेक तक सुधार मोटर => स्टेपर मोटर से सर्वो मोटर में बदलकर, 50% तक लागत में कमी!तंत्र => गोलाकार पेंच से बेल्ट तंत्र में बदलकर, 7% की लागत में कमी!
लागत में कमी के लिए बहुत जगह थी!
तंत्र की शून्य-आधारित समीक्षा के साथ-साथ विशेषताओं के आधार पर मोटर चयन करके, हम विनिर्देशों को बढ़ाने और लागत को कम करने में कामयाब रहे,यहां तक कि मोटर आकार थोड़ा बड़ा हो गया. अतीत में, मोटर का चयन इसके उपयोग में आसानी या परिचितता के आधार पर किया गया था। इस अभ्यास के बाद, सर्वो मोटर्स और स्टेपर मोटर्स के बीच संचालन के अंतर स्पष्ट हो गए।यह आश्चर्यजनक था कि स्टेपर मोटर्स उम्मीद से अधिक किफायती हैंइस विधि का उपयोग करने वाले अन्य उपकरणों की लागत में कमी के लिए जगह होनी चाहिए। इस अभ्यास में यह फिर से स्वीकार किया गया कि मोटर विनिर्देशों और लागत के बीच अच्छी तरह से संतुलित चयन,जबकि अधिकतम मोटर विशेषताओं कुंजी है.
ग्राहक पूछताछ: अच्छी स्टॉपिंग सटीकता के साथ एक मोटर की तलाश में. स्टेपर मोटर्स और सर्वो मोटर्स के बीच कितना अंतर है?
धारणाः एनएक्स सीरीज के एसी सर्वो मोटर में 20 बिट एन्कोडर होता है, इसलिए इसमें अच्छा रिज़ॉल्यूशन और अच्छी स्टॉपिंग सटीकता होनी चाहिए।
सबसे पहले, संकल्प और रोक सटीकता के बीच अंतर स्पष्ट करना आवश्यक हैः संकल्प प्रति मोड़ पर चरणों की संख्या है और इसे स्टेपर मोटर्स के लिए चरण कोण भी कहा जाता है।यह आवश्यक है जब विचार कैसे सटीक आवश्यक पोजिशनिंग की जरूरत हैस्टॉप सटीकता वास्तविक स्टॉप स्थिति और सैद्धांतिक स्टॉप स्थिति के बीच का अंतर है।
क्या इसका मतलब यह है कि उच्च सटीकता वाले एन्कोडर से लैस एसी सर्वो मोटर में स्टेपर मोटर्स की तुलना में बेहतर स्टॉपिंग सटीकता है?
अतीत में "सर्वो मोटर्स की रोक सटीकता ± 1 धड़कन के भीतर एन्कोडर संकल्प के बराबर होने" की अवधारणा के साथ कोई मुद्दा नहीं था।हाल के सर्वो मोटर्स 20 बिट एन्कोडर से लैस हैं (1),048,576 कदम) जो एक बहुत ही ठीक संकल्प है। इस वजह से, एन्कोडर स्थापना सटीकता के कारण त्रुटियों सटीकता को रोकने पर एक बड़ा प्रभाव पड़ता है। इसलिए,स्टॉप सटीकता की अवधारणा थोड़ा बदलने के लिए शुरू कर दिया है.
तुलना चार्ट के अनुसार, स्टेपर मोटर्स और एसी सर्वो मोटर्स के बीच स्टॉपिंग सटीकता लगभग समान है (± 0.02o ~ 0.03o) ।सटीकता स्टेपर मोटर्स के लिए मोटर की यांत्रिक सटीकता पर निर्भर करता हैइस प्रकार यदि 7.2o पर स्टॉप पोजीशन किया जा सकता है, तो मोटर संरचना के अनुसार रोटर पर हर समय एक ही छोटे दांतों द्वारा पोजीशनिंग की जाती है।इससे स्टॉप की सटीकता में और सुधार संभव हो जाता है.
हालांकि, स्टेपर मोटर्स लोड टॉर्क मूल्य के आधार पर विस्थापन कोण उत्पन्न कर सकते हैं।एसी सर्वो मोटर्स में लाभ समायोजन के जवाब में व्यापक शिकार चौड़ाई हो सकती हैइन कारणों से कुछ सावधानी बरतने की आवश्यकता है।
