Servo Motor ve Step Motor Arasındaki Farklar Nelerdir?

Elimizdeki problemlerin çözümü için asla mükemmel bir çözümün olmadığı bir mühendislik gerçeğidir. Bu durum bilhassa servo motor ve step motor için geçerlidir. Her iki motor çeşidi de endüstri alanında yaygın olarak kullanılmaktadır ama her ikisi de evrensel bir çözüm değildir. Ancak, düzgün bir şekilde bir sisteme uygulandıklarında, hem step motor hem de servo motor oldukça başarılı bir sistem için hem etkili hem de güvenilir bir güç sağlayabilirler. Bu iki motor arasında seçim yapmak için göz önüne alınması gereken birçok kriter mevcuttur ama en önemlisi hız, ivme ve maliyettir.

Step Motor

Step motorlar, sabit mıknatıslı bir rotor ve sargıları taşıyan hareketsiz bir statordan meydana gelir. Akım stator sargıları üzerinden geçtiğinde, dönme kuvveti uygulayabilmek için rotorun manyetik alan dağılımı ile etkileşime girerek bir manyetik akı  dağılımı oluşturur. Step motorlar, genellikle 50 veya daha fazla olmak üzere  çok fazla kutup sayısına sahiptirler. Step motorda bulunan motor sürücüsü, her bir kutuba sırasıyla enerji verir, böylelikle rotor seri artışlarla veya basamaklarla dönüş gerçekleştirir. Çok sayıda kutup bulunması nedeniyle, sürekli olarak hareket gözlemlenir.

Avantajları ve Dezavantajları

Step motorların bazı avantajları vardır. Artışlı veya basamaklı hareket meydana getirdikleri için, genellikle bir kod çözücüye veya çözümleyiciye ihtiyaç duymazlar açık döngü çalışırlar ve buda kod çözücünün karmaşıklığını ve maliyetini ortadan kaldırmaktadır. Çok fazla kutup sayısı, sıfır hızda yüksek tork üretme olanağı sağlar. Aynı zamanda, kompakt ve ekonomiktirler.

Dezavanjları ise,  step motorlar hız sınırlamalarına sahiptir. Genellikle, 1200 RPM veya daha düşük hızda çalışırlar. Sıfır hızda yüksek tork üretme kapasitesine sahip olmalarına rağmen, hız arttıkça tork düşer. Örneğin, sıfır hızda 100 ons inç tork üretebilen bir motor, 500 RPM’de 50 ons inç ve 1000 RPM’de ise 10 ons inç tork üretebilme gücüne sahip olacaktır.

Teorik olarak hızı arttırmak için bir vites kutusu kullanılabilir, ancak bu noktada step motorların düşük hıza sahip olması sorun olmaktadır. 1200 RPM’lik bir step motora 10:1’lik  bir dişli redüktör eklenmesi sonucunda tork da belirli bir miktar artış olabilir ama bu durumda hız 120 RPM’e düşecektir. Motor, bilyalı vidalı bir aktüatörü veya benzer bir şeyi tahrik etmek için kullanılıyorsa, muhtemelen bu uygulamanın gereksinimlerini karşılayacak kapasitede bir hız verimi ortaya koymayacaktır.

Step motorlar, genellikle NEMA 34’ten daha büyük kasa ölçülerine sahip değildir, bir çok uygulamada motor boyutları NEMA 17 veya NEMA  23 boyutlarındadır. Sonuç olarak, 1000’den 2000 ons inç’e kadar tork gücü üretebilen step motor bulmak mümkün değildir.

Step motorlar, ayrıca performans olarak da sınıra sahiptirler. Step motoru bir yay kütlesi sistemi olarak düşünebiliriz.  Motor, dönmeye ve maruz kaldığı yükü hareket ettirmeye başlaması için sürtünme kuvvetini yenmek zorundadır, işte bu noktada rotor boşa çıkan yay gibi bir anda kalktığından dolayı tam olarak kontrol edilemez. Bunun sonucunda, 5 adımı ilerletme için verilen komut motorun dört adımı (veya altıyı) döndürmesi ile sonuçlanır.

Servo Motor

Step motor gibi servo motor da geniş bir uygulama alanına sahiptir. Sabit mıknatıslara sahip bir rotor ve sargıları taşıyan sabit bir statora sahip olan en yaygın tasarımı ele alalım. Burada da akım, step motordaki gibi tork gücü üretmek için rotor üzerinde etkili olan bir manyetik alan dağılımı üretir. Servo motor, step motor’un aksine daha düşük kutup sayısına sahiptirler, bu nedenle kapalı döngüde çalıştırılırlar.

Genel olarak, servo motor, step motordan daha karmaşık yapıya sahiptir. Birkaç bin RPM’lik hızlara sahip olduklarından dolayı step motorlardan çok daha yüksek hızlarda çalışırlar. Bu durum servo motorların yüksek hızlarda çok daha fazla tork sağlaması için dişli kutuları ile kullanılmasına olanak tanımaktadır. Ayrıca, motorun sahip olduğu hız aralağında daha istikrarlı tork gücü sağlarlar.

Avantajları ve Dezavantajları

Kapalı çevrim sistem, kontrol ünitesinin veya sürücünün, yükün belli bir konumda kalmasını komut etmesine olanak tanır ve motor yükü istenilen seviyede tutmak için sürekli olarak kendini ayarlar. Böylece, servo motor fiili olarak torku istenilen seviyede tutar. Bu noktada, sıfır hız tork senaryosu, yükün kontrol edilmesi ve komut edilen konum ile ilgili salınımın önlenmesinin motor boyutlandırmasına bağlı olduğuna dikkat ediniz.

Servo motor genellikle nadir toprak mıknatıslarına sahip iken, step motorlar daha ucuz olan klasik plastik mıknatıslara sahiptirler. Nadir toprak mıknatıslar daha küçük bobinlerle daha yüksek tork gücü üretilmesini sağlar. Servo motor, ayrıca fiziksel boyutlarından dolayıda bir tork avantajına sahiptir. Servo motorların boyutları, genellikle NEMA 17’den 200 mm’ye kadar değişir. Tüm bu faktörlerin bir araya gelmesi ile birlikte sonuç olarak servo motorlar 250 ayak-libre gücünde tork gücüne olanak sağlayabilirler.

Hız ve tork varyasyonları, servo motorların, step  motorlara göre daha iyi ivmelenmesine olanak tanır. Ayrıca kapalı döngü çalışmasından dolayı gelişmiş konumlandırma doğruluğu sunmaktadır.

Sonuç

Servo motorların reddedilemez bir performans avantajı vardır. Yinelenebilirlik açısından bakacak olursak step motorlar bu konuda daha rekabetçi olabilir. Bu noktada, step motorlarda kaybolan hareketle ilgili olarak yaygın bir yanlış bilinen efsane vardır. Daha önce bahsettiğimiz gibi, step motorların yay kütlesi sistemine benzer yapısı bir kaç adım kaybıyla sonuçlanabilir. Sürücü, step motora açısal bir konuma hareket etme komutu verdiğinde, kaybolan adımlar dönüşten dönüşe doğru taşınmaz. Bu noktada dönüşten dönüşe, step motorlar yüksek seviyede konum doğruluğu ile tekrarlanabilirlik sergilerler.

Yukarıda bahsettiğimiz konular, bizleri step motor ve servo motor arasında son bir kilit noktası olan maliyet farklılığına  getirmektedir. Step motor, genel olarak geri beslemeye ihtiyaç duymazlar, daha ucuz olan plastik mıknatıslar kullanırlar ve nadiren dişli kutuları ile kullanılırlar. Çok sayıda kutup sayısı ve tutma torku üretebilmelerinden dolayı  sıfır hızda daha az enerji sarfiyatı yaparlar. Sonuç olarak, bir step motor büyüklüğüne bağlı olarak bir servo motor ile karşılaştırıldığında daha ucuz olabilir.

Kısaca özetleyecek olursak, step motorlar, düşük hız, düşük ivmelenme ve düşük konum doğruluğuna ihtiyaç duyan uygulamalar için doğru seçim olacaktır. Ayrıca, step motor kompaktır ve daha uygun fiyatlara sahiptir. Bu sonuçlar göz önüne alındığında, step motor, tıbbi, biyoteknolojik, savunma ve yarı iletken üretim uygulamaları için en iyi seçim haline gelmektedir. Servo motor ise yüksek hız, yüksek ivmelenme ve yüksek konum doğruluğu gerektiren uygulamalar için doğru seçimdir.  Ancak, ticari olarak pahalı ve karmaşık yapıya sahiptirler. Servo motorlar, genellikle paketleme, dönüştürme, web işleme ve benzeri uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Sonuç olarak, uygulamanız için bütçeniz kısıtlı ve performans olarak yüksek gereksinimlere ihtiyacı yoksa, bir step motor kullanabilirsiniz. Ancak, uygulamanız için performans önemli ise, bir servo motor işinizi halledecektir ama daha fazla maliyet gerektirecektir.

Kaynak: MachineDesign