Step Motor ve Sürücülerimizi Ne Kadar Tanıyoruz?

[KAYSERİ]

Enkoderli step kısmını unutalım ben başka şey düşünerek saçmaladım orada

Maliyet açısından bakınca evet çok bi anlamı olmuyor. Çünkü AC de olsa DC de olsa trafo maaliyeti var. Voltaj arttıkça güç artar o hepimizin bildiği bir durum. Ama 48V Dc değilde 48V AC olduğunda mototun hassasiyeti kararlığı değişiyor mu tam bi yorum yapamam.

 

[Yusuf&CNC]

Yanlış olabilir ama 60VAC ile 90VDC birbirine yakın sonuçlar vermeli diye düşünüyorum. Doğru ise önemli bir fark yaratır (maliyet hesabı da değişir). Elektrik-Elektronik bölümünden arkadaşlar belki bilgi verebilir.

İlk aklıma gelen fark toroid trafonun güç kaynağına oranla daha sade olan yapısı ve daha sorunsuz (arızasız) olması gerektiği. Güç kaynaklarında, gücün yanında kaliteye bağlı olarak da fiyat yükseliyor.

 

[Yusuf&CNC]

http://www.orientalmotor.com/products/stepper-motors/#acdc

Yukarıdaki sitede bir bilgi(?) var;

-------------------
Difference Between AC Input and DC Input Characteristics
A stepper motor is driven by a DC voltage applied through a driver. In Oriental Motor's 24 VDC input motor and driver systems, 24 VDC is applied to the motor. In the 100-115 VAC motor and driver systems, the input is rectified to DC and then approximately 140 VDC is applied to the motor (1) (certain products are exceptions to this.)
This difference in voltage applied to the motors appears as a difference in torque characteristics at high speeds. This is due to the fact that the higher the applied voltage is, the faster the current rise through the motor windings will be, facilitating the application of rated current at higher speeds. Thus, the AC input motor and driver system has superior torque characteristics (2) over a wide speed range, from low to high speeds, offering a large speed ratio.
It is recommended that AC input motor and driver systems, which are compatible over a wider range of operating conditions than DC input systems, be considered for your application.

-------------------------
(1) Özetle 100-115 VAC'nin doğru akıma çevrilmesi nedeni ile, motora girişin 140 VDC olarak ulaştığı
(2) AC girişin tork olarak da (yüksek hızlarda) daha iyi sonuç verdiği söyleniyor (sargılardaki akımın yüksek voltajda daha hızlı yükselmesi nedeni ile).

Grafikde 24 VDC ile 100-115 VAC karşılaştırılmış, birbirine uzak iki değerin seçilmiş olması tuhaf. Kendi ürünlerinden örnek vermişler. Yine de tork düşümünün (yüksek voltaj için) daha iyi olduğu görülebiliyor.

 

[Yusuf SEYLAN]

Ev kullanıcıları için gereksiz bir harcama olur ver dc i kafan rahat etsin ama iş için ise o zaman olur

 

[Yusuf&CNC]

Maliyet konusunun ayrı tutulması gerektiğine inanıyorum.

Örneğin 100 lira bütçe ile CNC yapmaya çalışan biri için 140 liraya iki katı iyi bir makina çok para gelirken aynı parayı bir başkası %10 daha iyi olması için harcayabilir. Dediğiniz gibi hobi ve iş farkı da var. Forumdakilerin hedefleri de birbirinden çok farklı.

Burada önemli olan, tasarlarken daha çok bilgiye sahip olabilirsek seçimlerimizi daha doğru yapabileceğimizdir.

Az para/çok para ile ucuz/pahalı ayırımını da yapmak gerekir. İki liraya simit pahalı da olsa az paradır herkesin cebinde olabilir, alabilir. Yarı fiyatına ev bulsanız çok ucuz olmasına rağmen çok paradır, alamayabilirsiniz.

Motor konusunu (diğer konular gibi) daha çok öğrenmeye çalışıyorum. Motorların sadece eksenleri taşıyacak kadar güçlü olması yetmiyor. Kesme işlemi sırasında oluşan kuvvetleri de karşılamak zorunda. Örneğin sadece spindle'ı güçlü seçip motorlarımızı (sürücü+güç kaynağı) zayıf seçersek dengesizlik nedeni ile gereksiz bir harcama yapmış oluruz veya az maliyet farkıyla daha çok güç elde edebilecekken farkında olmadığımız için doğrusunu seçmeyi atlayabiliriz.

Önce daha fazla öğrenmeye çalışalım sonra maliyeti de göz önüne alarak (çoğu zaman zorunlu olarak) seçimlerimizi yaparız.

 

[KAYSERİ]

Söylediklerinde tamamen haklısın abi sonuna katılıyorum.

 

[Yusuf&CNC]

Step Motor Seçimi

Yeni başlayanların motor seçimine yardımcı olabilmek için bir özet yapmak istiyorum. Step motor adım kaçırır mı? Yanıtı hem evet hem de hayır. Adım kaçırınca işimizin istenilen kalitede olmayacağı veya bozulacağı aşikar.

CNC tasarımımızın, hedefimize uygun kalitede hareket sistemine ve gövde rijitiğine sahip olduğunu kabul edelim.

Öncelikle ne güçte bir motora ihtiyacımız olduğunu belirlediğimizi varsayalım. Aslında bu hiç de kolay değil. Doğrusu, makinanın her bir ayrıntısının motorun gücü dahil hesapla bulunması. Bu olanağımız olmadığına göre yapılmış olan ve özellikle tasarladığımıza yakın CNC modellerini incelememiz, bolca videyo seyretmemiz, yazılan yorumları yaşanan sorunları okumamız gerekiyor. Değerlendirirken makinanın büyüklüğü, rijitliği ve işlenen malzeme cinsi, kalınlığı gibi kendi hedefimize olan benzerlikler çok önemli. Deneyimli arkadaşların önerileri de bize yardımcı olacaktır.

Varsayalım 100 birim güçte bir motor ihtiyacımız var. Seçeneklerimiz de 80 ve 120 olsun. Eğer 120 yi seçersek, step motor adım kaçırmayacaktır. 80 olanı seçmek zorunda kalırsak ne yapabiliriz? Bu sefer motorun (makinanın) gücüne saygı göstereceğiz. Makinanın sınırlarını doğru saptayarak kullanırken aşmamaya özen göstereceğiz. Motoru belirlerken ve seçerken olması gerekenden çok uzaklaşmıssak ya makinadan hiç verim alamayız ya da atıl (fazla güçlü) bir yatırım yapmışız demektir.

Güç kaynağının akım miktarı, motorların (varsa cihazların) akım ihtiyacının toplamı kadar ve bir güvenlik payı ilavesi ile hesaplanmalıdır. Güç kaynağının akımının fazla olmasının sürücü ve motora zararı yoktur (sürücü tarafından sınırlanır). Motorların tek tek ne kadar ve aynı anda ne kadar akım çektiği biraz tartışmalı bir konu. Güç kaynağının tipi de sağlanması gereken akım miktarının belirlenmesinde önemli. Step motor katalog akım değerinin ortalama tüketim ve sürücü akım değerinin ise genelde max (1.41 x ortalama) verildiğini de unutmayalım.

Bir diğer konu motorun katalog değerleri ile ilgili. Katalogda verilen torku baz almışşak bunun aslında verilen akım ve hesaplanan voltaj değeri için olduğunu göz ardı etmemiz gerekir. CNC'de tek bir gerilim (voltaj) değeri vardır ve güç kaynağı tarafından hem motorun hesaplanan sınırını hem de sürücünün sınırını aşmayacak şekilde belirlenir. Sürücü firmalarının verdiği max çalışma voltajını iyice anlamak gerekir, abartılı reklam da olabilir. Motorun verilen torka ulaşması için gereken voltaj hesabı için aşağıdaki mesajlara bakabilirsiniz;

CNC Router Tasarımım İçin Bilgi Eksikleri mesaj no: 172 ve 178

Malzeme seçimi doğrudan maliyet ve bütçemizle yakından ilişkili ama 48 voltla beslenebilecek bir motoru 24 voltla besliyorsak motorun hızının yarıya düşmesi yanında torkun da düşeceğinin farkında olmamız gerekiyor. Gerilim (voltaj) doğrudan hız üzerinde etkili ancak motorun hızı arttıkça akımın (amper) kısa sürede yükselmesi zorlaşıyor. Eğer gerilim yüksekse akım daha kısa sürede yükselebildiği için torkun hıza bağlı düşümünü azaltıyor.

Eğer ihtiyacımız olan 100 birimlik gücü (torku) ve hızı, 24 voltta çalışan benzer bir makinayı örnek alarak saptadıysak ve bizde 24 voltla besliyorsak sorun olamayacaktır. Katolog değerlerini baz aldıysak sonuç da istediğimiz gibi olmayacaktır.

Step motor için genel olarak bipolar paralel bağlantı tercih ediliyor. Nedeni ihtiyaç duyulan yüksek torku sağlayabilmesi. Bipolar seri bağlantı da aynı torku sağlayabilir ancak amperin yarıya düşmesi nedeni ile voltajın da iki katına çıkması gerekir, motorun voltaj sınırı yanında sürücü ve güç kaynağının voltajını artırmanın maliyeti de yüksek olacaktır.

Micro step sürücülerin bize sağladığı önemli bir olanak. Step motorlarda görülen, ara değerlerde "durma" (stall) azalıyor. Motoru tasarlandığı adım değerinin altında (daha hassas) kullanma şansımız oluyor. Örneğin 1.8° adım açısındaki motoru yarım adım ile 0.9° gibi iki katı hassas kullanabiliriz. Motorun titreşimi azalıyor. Sakıncası ise torkun düşmesine neden olması, motorlarımız güçsüz seçildi ise daha da önemli hale geliyor.

Step motor Mach3'den gelen hız ve yön bilgilerine göre hareket ediyor. Adım kaçırması durumunda ve konum geri besleme bilgisi de olmadığı için (açık çevrim) yazılımının bundan haberi olmayacaktır. Örneğin yazılımdan gelen 10 mm lik ilerleme komutuna karşın motorun zorlanması ve adım kaçırması nedeni ile eksen 7 mm ilerledi ise, yazılım bu 3 mm fark hiç oluşmamışcasına çalışmaya devam edecektir.

Servo motor ve sürücü ise içerisindeki enkoder sayesinde, gelen komutlara oranla gerçekleşen hareketi sürekli kontrol ederek hataları düzeltebiliyor (kapalı çevrim). Yine yazılımın bu olanlardan haberi yok. Kapalı çevrimde düzeltme işlemi, enkoderin yardımı ile servoya özel sürücü tarafından gerçekleştiriliyor. Step motorlarda tork, motorun dönüş hızına bağlı olarak hızla düşüyor. Servo motorlarda ise hıza bağlı tork düşümü step motorlara oranla daha az.

Okuduklarımdan anladığım kadarı ile, hata gerçekleşiyor ve sürücü olması gereken düzeltmeyi de göz önüne alarak yeni komut gönderiyor. Aslında hata gerçekleşmiş olduğu için ve kısa da olsa zaman farkı nedeni ile bu bir tür yama gibi. Hatalar az olursa sürücü kaliteyi fazla etkilemeden düzeltebilecektir. Servo da sık sık zorlanıyorsa (yeterince güçlü seçilmemişse) çözüm olamayacaktır. Sorun olan eksende yazılımın bilgisi dışında servo sürücü düzeltmeler yaparken, diğer eksenler hareketlerine devam edecektir, düzeltme işleminde eksenler arası bir bilgi alışverişi söz konusu değildir.

Servo motorlar (ve sürücüler) çok yüksek fiyatları nedeni ile zaten hobi amaçlı makinalar için pek seçenek sayılamaz. Bir ara çözüm de yine enkoder ve özel sürücü ile kontrol edilen step motorlar. Servonun yukarıdaki sorunlarına ilave olarak enkoderli step motorlar daha gecikmeli düzeltme yapabiliyorlar.

Sonuç olarak işimizin gerektirdiği kadar güçlü step motor seçersek adım kaçırma sorunu yaşamayız. Bu gücün elde edilmesi için gerekli olan akım ve gerilim değerlerini bize sağlayacak olan sürücü ve güç kaynağı seçimine de dikkat etmeliyiz. Servo mu step mi kullansam kararsızlığı yaşayanlar sanki risk oluşturmayacak kadar yüksek güçlü step motor seçerek sorunsuz çalışabilir gibi görünüyor, yine de servoya oranla fiyat daha düşük kalacaktır ve sistemin sadeliği de cabası olacaktır.

 

[Yusuf&CNC]

Yuarıdaki yazıda eksik ve yanlış varsa katkıda bulunabilirsiniz. Amaç yeni başlayanlara bir ön bilgi verebilmek. Yanlış yönlendirmiş olmayayım.

 

[Yusuf&CNC]

http://www.nmbtc.com/step-motors/engineering/torque-and-speed-relationship/

Yukarıdaki adresteki bilgi bana ilginç geldi, paylaşmak istiyorum. Bazen ayrıntılara giriyorum, sadece merak edenler için.

Ne kadar doğru tartışılır ama motorun katalog akım değerinin 2 katından fazlasının motora zarar verebileceği söylenmiş. Eğer bilgi doğru ise en azından ihtiyaç halinde katalog değerinin üzerine belli bir oranda (örneğin %20-30) çıkılmasının motor için tehlikeli olmadığını söyleyebiliriz, sürücünün de desteklemesi gerekecektir. Denenip görülebilir, örneğin ısınma kabul edilebilir seviyelerde olacak mı?

Özetle tork doğrudan akımla ve motor sargısı ile ilişkili. Endüktans ise motorun hız artışına bağlı olarak torkun sıfıra kadar inmesine neden oluyor. Her motorunda kendine ait endüktans ve direnç değerleri var.

Burada bir "Elektrik zaman sabiti" nden (electrical time constant) bahsedilmiş. Sargının katalog akım değerinin %63 kadarının yüklenmesi için gereken zaman. Örnek olarak; Katalog değeri 1 amper olan motor "elektrik zaman sabiti" kadar süre sonra 0.63 amper yüklenmiş oluyor. Bu sürenin iki katında ise %86 değerine ulaşıyor.

t = L/R
Endüktans “L” (mH), bölü direnç “R” (&), "elektrik zaman sabiti" ni veriyor “t” (ms).

Endüktansın etkisi düşük hızlarda sorun yaratmıyor. Akım hızla ve kolaylıkla sargıya akabiliyor. Hız arttıkça elektrik kutupları da daha hızlı değişmeye başlıyor, akım sargıda yeterince yüklenemeden kutuplar değişiyor ve giderek motorun torku sıfıra yaklaşıyor. Gerilimin (voltaj) yüksek olması ise akımın daha kısa sürede akmasına neden olduğu için tork düşümünü azaltıyor.

Yukarıdaki tanımdan sonra merak edip bildiğimiz bazı motorların elektrik zaman sabiti (veya verim katsayısı) nedir diye baktım;

Son kolonda görüleceği üzere motor (tork) büyüdükçe, t yani akımın yüklenme süresi önemli miktarda artıyor. Diğer bir değişle torkun azalma hızı önemli oranda artıyor. Bu motorların grafiğine bakacak olsak, her ne kadar benzer gözükse de büyük motorlarda torkun görece daha hızlı düştüğünü görürdük. Küçük step motorların çok daha verimli olduğunu söyleyebiliriz.

Motorlar hakkında faydalandığım bir diğer iyi site;

http://www.orientalmotor.com/technology/articles/step-motor-basics.html

 

[Yusuf&CNC]

Leadshine'ın (uzak doğulu önemli bir üretici) bir step motor sürücüsünün kataloğunda aşağıdaki uyarısına rastladım;

---------------------------
https://dzevsq2emy08i.cloudfront.ne...aded_files/321/original/DM442m.pdf?1395406912

8. Wiring Notes

• In order to improve anti-interference performance of the drive, it is recommended to use twisted pair shield cable.
• To prevent noise incurred in PUL/DIR signal, pulse/direction signal wires and motor wires should not be tied up together. It is better to separate them by at least 10 cm, otherwise the disturbing signals generated by motor will easily disturb pulse direction signals, causing motor position error, system instability and other failures.

---------------------------
Gürültü probleminin azaltılması için, ikişer ikişer bükülmüş ekranlı kablo (CAT5 kabloya benzer yapıda) kullanılması önerilmiş. Yazıda belirtilmemiş olsa da bu öneri kontrol kartı ve sürücü arasındaki kablolar için.

Motor kablolarının da bu kablolarla beraber bağlanmaması ve en az 10 cm uzak tutulması önerilmiş.