दृश्य: 0 लेखक: साइट संपादक प्रकाशन समय: 2025-04-18 उत्पत्ति: साइट
ए स्टेपर मोटर एक प्रकार की इलेक्ट्रिक मोटर है जो नियमित मोटर की तरह लगातार घूमने के बजाय सटीक, निश्चित चरणों में चलती है। इसका उपयोग आमतौर पर उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जहां सटीक स्थिति नियंत्रण की आवश्यकता होती है, जैसे कि 3डी प्रिंटर, सीएनसी मशीन, रोबोटिक्स और कैमरा प्लेटफॉर्म।
स्टेपर मोटर एक प्रकार की विद्युत मोटर है जो उल्लेखनीय परिशुद्धता के साथ विद्युत ऊर्जा को घूर्णी गति में परिवर्तित करती है। नियमित इलेक्ट्रिक मोटरों के विपरीत, जो निरंतर रोटेशन प्रदान करते हैं, स्टेपर मोटर अलग-अलग चरणों में घूमते हैं, जिससे वे सटीक स्थिति की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बन जाते हैं।
अपने ड्राइवर से स्टेपर मोटर को भेजी गई बिजली की प्रत्येक पल्स के परिणामस्वरूप एक सटीक गति होती है - प्रत्येक पल्स एक विशिष्ट चरण से मेल खाती है। जिस गति से मोटर घूमती है वह सीधे इन दालों की आवृत्ति से संबंधित होती है: जितनी तेजी से दालें भेजी जाती हैं, रोटेशन उतना ही तेज होता है।
के प्रमुख फायदों में से एक स्टेपर मोटर उनका आसान नियंत्रण है। अधिकांश ड्राइवर सामान्य एकीकृत सर्किट के साथ संगत 5-वोल्ट पल्स के साथ काम करते हैं। आप या तो इन दालों को उत्पन्न करने के लिए एक सर्किट डिज़ाइन कर सकते हैं या बेसफोक जैसी कंपनियों से पल्स जनरेटर का उपयोग कर सकते हैं।
उनकी सामयिक अशुद्धियों के बावजूद - मानक स्टेपर मोटर्स की सटीकता लगभग ± 3 आर्क मिनट (0.05°) होती है - ये त्रुटियाँ कई चरणों के साथ जमा नहीं होती हैं। उदाहरण के लिए, यदि एक मानक स्टेपर मोटर एक चरण बनाती है, तो यह 1.8° ± 0.05° घूमेगी। दस लाख कदमों के बाद भी, कुल विचलन अभी भी केवल ± 0.05° है, जो उन्हें लंबी दूरी पर सटीक गतिविधियों के लिए विश्वसनीय बनाता है।
इसके अतिरिक्त, स्टेपर मोटर्स को उनकी कम रोटर जड़ता के कारण त्वरित प्रतिक्रिया और त्वरण के लिए जाना जाता है, जिससे उन्हें जल्दी से उच्च गति प्राप्त करने की अनुमति मिलती है। यह उन्हें उन अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाता है जिनके लिए छोटी, तीव्र गति की आवश्यकता होती है।
ए स्टेपर मोटर पूर्ण घुमाव को कई समान चरणों में विभाजित करके काम करती है। यह छोटी, नियंत्रित वृद्धि में गति पैदा करने के लिए विद्युत चुम्बकों का उपयोग करता है।
स्टेपर मोटर के दो मुख्य भाग होते हैं:
स्टेटर - कॉइल्स (विद्युत चुम्बक) के साथ स्थिर भाग।
रोटर - घूमने वाला भाग, अक्सर चुंबक या लोहे से बना होता है।
जब स्टेटर कॉइल के माध्यम से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो यह चुंबकीय क्षेत्र बनाता है।
ये क्षेत्र रोटर को आकर्षित करते हैं।
कॉइल्स को एक विशिष्ट क्रम में चालू और बंद करके, रोटर को गोलाकार गति में चरण दर चरण खींचा जाता है।
हर बार जब कोई कुंडल ऊर्जावान होता है, तो रोटर एक छोटे कोण (जिसे स्टेप कहा जाता है) से चलता है।
उदाहरण के लिए, यदि किसी मोटर में प्रति क्रांति 200 चरण हैं, तो प्रत्येक चरण रोटर को 1.8° घुमाता है।
कॉइल्स को भेजे गए पल्स के क्रम के आधार पर मोटर आगे या पीछे घूम सकती है।
ए स्टेपर मोटर चालक मोटर कॉइल्स को इलेक्ट्रिक पल्स भेजता है।
जितनी अधिक पल्स, उतनी अधिक मोटर घूमती है।
माइक्रोकंट्रोलर (जैसे Arduino या Raspberry Pi) इन ड्राइवरों को मोटर को सटीक रूप से चलाने के लिए नियंत्रित कर सकते हैं।
नीचे दिया गया चित्रण एक मानक स्टेपर मोटर प्रणाली को दर्शाता है, जिसमें कई आवश्यक घटक शामिल हैं जो एक साथ काम करते हैं। प्रत्येक तत्व का प्रदर्शन सिस्टम की समग्र कार्यक्षमता को प्रभावित करता है।
सिस्टम के केंद्र में कंप्यूटर या प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर (पीएलसी) है। यह घटक मस्तिष्क के रूप में कार्य करता है, जो न केवल स्टेपर मोटर बल्कि पूरी मशीन को नियंत्रित करता है। यह विभिन्न कार्य कर सकता है, जैसे लिफ्ट उठाना या कन्वेयर बेल्ट को हिलाना। आवश्यक जटिलता के आधार पर, यह नियंत्रक एक परिष्कृत पीसी या पीएलसी से एक साधारण ऑपरेटर पुश बटन तक हो सकता है।
अगला इंडेक्सर या पीएलसी कार्ड है, जो विशिष्ट निर्देशों को संप्रेषित करता है स्टेपर मोटर . यह गति के लिए आवश्यक संख्या में पल्स उत्पन्न करता है और मोटर के त्वरण, गति और मंदी को नियंत्रित करने के लिए पल्स आवृत्ति को समायोजित करता है। इंडेक्सर या तो बेसफोक की तरह एक स्टैंडअलोन इकाई हो सकता है, या एक पल्स जनरेटर कार्ड हो सकता है जो पीएलसी में प्लग होता है। अपने स्वरूप के बावजूद, यह घटक मोटर के संचालन के लिए महत्वपूर्ण है।
मोटर चालक में चार प्रमुख भाग होते हैं:
चरण नियंत्रण के लिए तर्क: यह तर्क इकाई इंडेक्सर से पल्स प्राप्त करती है और निर्धारित करती है कि मोटर के किस चरण को सक्रिय किया जाना चाहिए। उचित मोटर संचालन सुनिश्चित करने के लिए चरणों को सक्रिय करने के लिए एक विशिष्ट अनुक्रम का पालन करना चाहिए।
लॉजिक पॉवर सप्लाई: यह एक लो-वोल्टेज सप्लाई है जो ड्राइवर के भीतर एकीकृत सर्किट (आईसी) को शक्ति प्रदान करती है, जो आमतौर पर चिप सेट या डिज़ाइन के आधार पर लगभग 5 वोल्ट पर काम करती है।
मोटर बिजली की आपूर्ति: यह आपूर्ति मोटर को बिजली देने के लिए आवश्यक वोल्टेज प्रदान करती है, आमतौर पर 24 वीडीसी के आसपास, हालांकि यह अनुप्रयोग के आधार पर अधिक हो सकती है।
पावर एम्पलीफायर: इस घटक में ट्रांजिस्टर होते हैं जो मोटर चरणों के माध्यम से विद्युत प्रवाह को सक्षम करते हैं। मोटर की गति को सुविधाजनक बनाने के लिए इन ट्रांजिस्टर को सही क्रम में चालू और बंद किया जाता है।
अंत में, ये सभी घटक लोड को स्थानांतरित करने के लिए एक साथ काम करते हैं, जो विशिष्ट अनुप्रयोग के आधार पर एक लीड स्क्रू, एक डिस्क या एक कन्वेयर बेल्ट हो सकता है।
स्टेपर मोटर के तीन प्राथमिक प्रकार हैं:
इन मोटरों में रोटर और स्टेटर पर दांत होते हैं लेकिन इनमें स्थायी चुंबक शामिल नहीं होता है। परिणामस्वरूप, उनमें डिटेंट टॉर्क की कमी होती है, जिसका अर्थ है कि ऊर्जा न होने पर वे अपनी स्थिति को बनाए नहीं रख पाते हैं।
पीएम स्टेपर मोटर्स में रोटर पर एक स्थायी चुंबक होता है लेकिन दांत नहीं होते हैं। हालांकि वे आम तौर पर चरण कोणों में कम सटीकता प्रदर्शित करते हैं, वे डिटेंट टॉर्क प्रदान करते हैं, जिससे बिजली बंद होने पर उन्हें स्थिति बनाए रखने की अनुमति मिलती है।
BesFoc विशेष रूप से हाइब्रिड में विशेषज्ञता रखता है स्टेपर मोटर एस. ये मोटरें स्थायी चुम्बकों के चुंबकीय गुणों को परिवर्तनीय अनिच्छा मोटरों के दांतेदार डिज़ाइन के साथ मिला देती हैं। रोटर अक्षीय रूप से चुंबकीय है, जिसका अर्थ है कि एक विशिष्ट विन्यास में, शीर्ष आधा उत्तरी ध्रुव है और निचला आधा दक्षिणी ध्रुव है।
रोटर में दो दांतेदार कप होते हैं, प्रत्येक में 50 दांत होते हैं। ये कप 3.6° ऑफसेट होते हैं, जिससे सटीक स्थिति की जानकारी मिलती है। जब ऊपर से देखा जाता है, तो आप देख सकते हैं कि उत्तरी ध्रुव कप पर एक दांत दक्षिणी ध्रुव कप पर एक दांत के साथ संरेखित होता है, जिससे एक प्रभावी गियरिंग प्रणाली बनती है।
हाइब्रिड स्टेपर मोटर्स दो-चरण निर्माण पर काम करते हैं, प्रत्येक चरण में चार ध्रुव 90° की दूरी पर होते हैं। एक चरण में प्रत्येक ध्रुव इस प्रकार घाव किया जाता है कि 180° दूर वाले ध्रुवों की ध्रुवता समान होती है, जबकि 90° दूर वाले ध्रुवों की ध्रुवता विपरीत होती है। किसी भी चरण में धारा को उलट कर, संबंधित स्टेटर पोल की ध्रुवता को भी उलटा किया जा सकता है, जिससे मोटर किसी भी स्टेटर पोल को उत्तरी या दक्षिणी ध्रुव में परिवर्तित कर सकती है।
स्टेपर मोटर के रोटर में 50 दांत होते हैं, प्रत्येक दांत के बीच 7.2° की पिच होती है। जैसे ही मोटर चलती है, स्टेटर दांतों के साथ रोटर दांतों का संरेखण अलग-अलग हो सकता है - विशेष रूप से, इसे टूथ पिच के तीन-चौथाई, आधे टूथ पिच, या टूथ पिच के एक चौथाई द्वारा ऑफसेट किया जा सकता है। जब मोटर कदम उठाती है, तो यह स्वाभाविक रूप से खुद को पुन: संरेखित करने के लिए सबसे छोटा रास्ता अपनाती है, जो प्रति चरण 1.8° की गति में बदल जाती है (क्योंकि 7.2° का 1/4 1.8° के बराबर होता है)।
टोक़ और सटीकता में स्टेपर मोटरें खंभों (दांतों) की संख्या से प्रभावित होती हैं। आम तौर पर, उच्च पोल संख्या से टॉर्क और सटीकता में सुधार होता है। BesFoc 'उच्च रिज़ॉल्यूशन' स्टेपर मोटर प्रदान करता है, जिसमें उनके मानक मॉडल की आधी टूथ पिच होती है। इन उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाले रोटरों में 100 दांत होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप प्रत्येक दांत के बीच 3.6° का कोण बनता है। इस सेटअप के साथ, टूथ पिच के 1/4 की गति 0.9° के छोटे चरण से मेल खाती है।
परिणामस्वरूप, 'उच्च रिज़ॉल्यूशन' मॉडल मानक मोटरों की तुलना में दोगुना रिज़ॉल्यूशन प्रदान करते हैं, मानक मॉडल में प्रति क्रांति 200 कदम की तुलना में प्रति क्रांति 400 कदम प्राप्त करते हैं। छोटे चरण कोण भी कम कंपन का कारण बनते हैं, क्योंकि प्रत्येक चरण कम स्पष्ट और अधिक क्रमिक होता है।
नीचे दिया गया चित्र 5-चरण स्टेपर मोटर के क्रॉस-सेक्शन को दर्शाता है। इस मोटर में मुख्य रूप से दो मुख्य भाग होते हैं: स्टेटर और रोटर। रोटर स्वयं तीन घटकों से बना है: रोटर कप 1, रोटर कप 2, और एक स्थायी चुंबक। रोटर को अक्षीय दिशा में चुम्बकित किया जाता है; उदाहरण के लिए, यदि रोटर कप 1 को उत्तरी ध्रुव के रूप में नामित किया गया है, तो रोटर कप 2 दक्षिणी ध्रुव होगा।
स्टेटर में 10 चुंबकीय ध्रुव हैं, प्रत्येक छोटे दांतों और संबंधित वाइंडिंग से सुसज्जित है। इन वाइंडिंग्स को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि प्रत्येक अपने विपरीत ध्रुव की वाइंडिंग से जुड़ा हुआ है। जब धारा वाइंडिंग्स की एक जोड़ी से प्रवाहित होती है, तो वे जो ध्रुव जोड़ते हैं वे एक ही दिशा में चुंबकित होते हैं - या तो उत्तर या दक्षिण।
ध्रुवों का प्रत्येक विरोधी जोड़ा मोटर का एक चरण बनाता है। यह देखते हुए कि कुल मिलाकर 10 चुंबकीय ध्रुव हैं, इसका परिणाम इस 5-चरण के भीतर पांच अलग-अलग चरणों में होता है स्टेपर मोटर.
महत्वपूर्ण बात यह है कि प्रत्येक रोटर कप की बाहरी परिधि पर 50 दांत होते हैं। रोटर कप 1 और रोटर कप 2 के दांतों को यांत्रिक रूप से आधे दांत की पिच द्वारा एक दूसरे से ऑफसेट किया जाता है, जिससे ऑपरेशन के दौरान सटीक संरेखण और गति की अनुमति मिलती है।
गति-टोक़ वक्र को पढ़ने का तरीका समझना महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह यह अंतर्दृष्टि प्रदान करता है कि मोटर क्या हासिल करने में सक्षम है। ये वक्र किसी विशेष ड्राइवर के साथ जोड़े जाने पर एक विशिष्ट मोटर की प्रदर्शन विशेषताओं का प्रतिनिधित्व करते हैं। एक बार जब मोटर चालू हो जाती है, तो इसका टॉर्क आउटपुट ड्राइव के प्रकार और लागू वोल्टेज से प्रभावित होता है। परिणामस्वरूप, उपयोग किए गए ड्राइवर के आधार पर एक ही मोटर काफी भिन्न गति-टोक़ वक्र प्रदर्शित कर सकती है।
BesFoc इन स्पीड-टॉर्क वक्रों को संदर्भ के रूप में प्रदान करता है। यदि आप ऐसे ड्राइवर वाली मोटर का उपयोग करते हैं जिसकी वोल्टेज और करंट रेटिंग समान है, तो आप तुलनीय प्रदर्शन की उम्मीद कर सकते हैं। इंटरैक्टिव अनुभव के लिए, कृपया नीचे दिए गए स्पीड-टॉर्क वक्र को देखें:
होल्डिंग टॉर्क
यह मोटर द्वारा उत्पन्न टॉर्क की वह मात्रा है जब यह आराम की स्थिति में होता है और इसकी वाइंडिंग से रेटेड करंट प्रवाहित होता है।
स्टार्ट/स्टॉप क्षेत्र
यह अनुभाग टॉर्क और गति मूल्यों को इंगित करता है जिस पर मोटर तुरंत शुरू, बंद या रिवर्स हो सकती है।
पुल-इन टॉर्क
ये टॉर्क और गति मान हैं जो मोटर को इनपुट पल्स के साथ तालमेल में रहते हुए शुरू करने, रोकने या रिवर्स करने की अनुमति देते हैं।
पुलआउट टॉर्क
यह टॉर्क और गति मूल्यों को संदर्भित करता है जिस पर मोटर इनपुट चरणों के साथ सिंक्रनाइज़ेशन बनाए रखते हुए बिना रुके काम कर सकता है। यह ऑपरेशन के दौरान मोटर द्वारा प्रदान किए जा सकने वाले अधिकतम टॉर्क का प्रतिनिधित्व करता है।
अधिकतम प्रारंभिक गति
यह उच्चतम गति है जिस पर कोई लोड लागू न होने पर मोटर चलना शुरू कर सकती है।
अधिकतम चलने की गति
यह इंगित करता है कि मोटर बिना किसी भार के चलते हुए सबसे तेज़ गति प्राप्त कर सकती है।
पुल-इन और पुलआउट टॉर्क के बीच के क्षेत्र में काम करने के लिए, मोटर को शुरुआत में स्टार्ट/स्टॉप क्षेत्र में शुरू करना होगा। जैसे ही मोटर चलना शुरू होती है, वांछित गति प्राप्त होने तक पल्स दर धीरे-धीरे बढ़ जाती है। मोटर को रोकने के लिए, गति तब तक कम कर दी जाती है जब तक कि यह पुल-इन टॉर्क वक्र से नीचे न आ जाए।
टॉर्क सीधे धारा और मोटर में तार के घुमावों की संख्या के समानुपाती होता है। टॉर्क को 20% तक बढ़ाने के लिए करंट को भी लगभग 20% तक बढ़ाना होगा। इसके विपरीत, टॉर्क को 50% कम करने के लिए, करंट को 50% कम किया जाना चाहिए।
हालाँकि, चुंबकीय संतृप्ति के कारण, वर्तमान को रेटेड वर्तमान से दोगुने से अधिक बढ़ाने में कोई लाभ नहीं है, क्योंकि इस बिंदु से परे, आगे बढ़ने से टॉर्क में वृद्धि नहीं होगी। रेटेड करंट से लगभग दस गुना अधिक गति पर संचालन करने से रोटर के विचुंबकीय होने का खतरा होता है।
हमारी सभी मोटरें क्लास बी इंसुलेशन से सुसज्जित हैं, जो इंसुलेशन ख़राब होने से पहले 130°C तक तापमान का सामना कर सकती हैं। दीर्घायु सुनिश्चित करने के लिए, हम अंदर से बाहर तक 30°C का तापमान अंतर बनाए रखने की सलाह देते हैं, जिसका अर्थ है कि बाहरी केस का तापमान 100°C से अधिक नहीं होना चाहिए।
हाई-स्पीड टॉर्क प्रदर्शन में इंडक्शन महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह बताता है कि मोटरें अत्यधिक उच्च स्तर का टॉर्क प्रदर्शित क्यों नहीं करती हैं। मोटर की प्रत्येक वाइंडिंग में प्रेरकत्व और प्रतिरोध के अलग-अलग मान होते हैं। हेनरी में मापे गए प्रेरकत्व को ओम में प्रतिरोध से विभाजित करने पर एक समय स्थिर (सेकंड में) प्राप्त होता है। यह समय स्थिरांक इंगित करता है कि कुंडल को उसके रेटेड वर्तमान के 63% तक पहुंचने में कितना समय लगता है। उदाहरण के लिए, यदि मोटर को 1 amp के लिए रेट किया गया है, तो एक समय स्थिरांक के बाद, कॉइल लगभग 0.63 amp तक पहुंच जाएगी। कॉइल को पूर्ण करंट (1 amp) तक पहुंचने में आम तौर पर लगभग चार से पांच समय लगता है। चूँकि टॉर्क करंट के समानुपाती होता है, यदि करंट केवल 63% तक पहुँचता है, तो मोटर एक समय स्थिरांक के बाद अपने अधिकतम टॉर्क का लगभग 63% उत्पादन करेगा।
कम गति पर, करंट बिल्डअप में यह देरी कोई समस्या नहीं है क्योंकि करंट प्रभावी ढंग से कॉइल में प्रवेश कर सकता है और जल्दी से बाहर निकल सकता है, जिससे मोटर को अपना रेटेड टॉर्क देने की अनुमति मिलती है। हालाँकि, उच्च गति पर, अगले चरण के स्विच होने से पहले करंट तेजी से नहीं बढ़ सकता है, जिसके परिणामस्वरूप टॉर्क कम हो जाता है।
ड्राइवर वोल्टेज ए के उच्च गति प्रदर्शन को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है स्टेपर मोटर . ड्राइव वोल्टेज और मोटर वोल्टेज का उच्च अनुपात उच्च गति क्षमताओं में सुधार की ओर ले जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि ऊंचा वोल्टेज पहले चर्चा की गई 63% सीमा की तुलना में करंट को वाइंडिंग में अधिक तेजी से प्रवाहित करने की अनुमति देता है।
जब एक स्टेपर मोटर एक चरण से दूसरे चरण पर जाती है, तो रोटर तुरंत लक्ष्य स्थिति पर नहीं रुकता है। इसके बजाय, यह अंतिम स्थिति से आगे बढ़ता है, फिर पीछे खींचा जाता है, विपरीत दिशा में ओवरशूटिंग करता है, और तब तक आगे और पीछे दोलन करता रहता है जब तक कि अंततः रुक न जाए। यह घटना, जिसे 'रिंगिंग' कहा जाता है, मोटर के प्रत्येक चरण के साथ घटित होती है (नीचे इंटरैक्टिव आरेख देखें)। बंजी कॉर्ड की तरह, रोटर की गति इसे इसके रुकने के बिंदु से आगे ले जाती है, जिससे यह आराम करने से पहले 'उछाल' देता है। हालाँकि, कई मामलों में, मोटर को पूरी तरह से बंद होने से पहले अगले चरण पर जाने का निर्देश दिया जाता है।
नीचे दिए गए ग्राफ़ विभिन्न लोडिंग स्थितियों के तहत स्टेपर मोटर के रिंगिंग व्यवहार को दर्शाते हैं। जब मोटर को अनलोड किया जाता है, तो यह महत्वपूर्ण रिंगिंग प्रदर्शित करता है, जो बढ़े हुए कंपन में बदल जाता है। इस अत्यधिक कंपन के कारण मोटर बंद हो सकती है जब इसे या तो अनलोड किया जाता है या हल्का लोड किया जाता है, क्योंकि यह सिंक्रोनाइज़ेशन खो सकता है। इसलिए, हमेशा ए का परीक्षण करना आवश्यक है स्टेपर मोटर । उचित भार के साथ
अन्य दो ग्राफ़ लोड होने पर मोटर के प्रदर्शन को दर्शाते हैं। मोटर को ठीक से लोड करने से इसके संचालन को स्थिर करने और कंपन को कम करने में मदद मिलती है। आदर्श रूप से, लोड को मोटर के अधिकतम टॉर्क आउटपुट के 30% से 70% के बीच की आवश्यकता होनी चाहिए। इसके अतिरिक्त, रोटर पर लोड का जड़त्व अनुपात 1:1 और 10:1 के बीच होना चाहिए। छोटी और तेज़ गतिविधियों के लिए, इस अनुपात को 1:1 से 3:1 के करीब रखना बेहतर है।
मोटर के उचित आकार में सहायता के लिए बेसफोक के एप्लिकेशन विशेषज्ञ और इंजीनियर उपलब्ध हैं।
ए स्टेपर मोटर को काफी बढ़े हुए कंपन का अनुभव होगा, एक घटना जिसे अनुनाद के रूप में जाना जाता है। जब इनपुट पल्स आवृत्ति अपनी प्राकृतिक आवृत्ति के साथ मेल खाती है, तो यह अक्सर 200 हर्ट्ज़ के आसपास होता है। अनुनाद पर, रोटर की ओवरशूटिंग और अंडरशूटिंग बहुत बढ़ जाती है, जिससे लापता चरणों की संभावना बढ़ जाती है। जबकि विशिष्ट गुंजयमान आवृत्ति लोड जड़ता के साथ भिन्न हो सकती है, यह आमतौर पर 200 हर्ट्ज के आसपास होती है।
2-फ़ेज़ स्टेपर मोटर्स केवल चार के समूह में चरण मिस कर सकते हैं। यदि आप चार के गुणकों में स्टेप लॉस होते हुए देखते हैं, तो यह इंगित करता है कि कंपन के कारण मोटर सिंक्रोनाइज़ेशन खो रहा है या लोड अत्यधिक हो सकता है। इसके विपरीत, यदि छूटे हुए चरण चार के गुणकों में नहीं हैं, तो एक मजबूत संकेत है कि या तो पल्स गिनती गलत है या विद्युत शोर प्रदर्शन को प्रभावित कर रहा है।
कई रणनीतियाँ अनुनाद प्रभाव को कम करने में मदद कर सकती हैं। सबसे सरल तरीका यह है कि गुंजयमान गति से संचालन से पूरी तरह बचा जाए। चूंकि 200 हर्ट्ज 2-चरण मोटर के लिए लगभग 60 आरपीएम से मेल खाता है, यह अत्यधिक उच्च गति नहीं है। अधिकांश स्टेपर मोटर की अधिकतम शुरुआती गति लगभग 1000 पल्स प्रति सेकंड (पीपीएस) होती है। इसलिए, कई मामलों में, आप गुंजयमान आवृत्ति से अधिक गति पर मोटर संचालन शुरू कर सकते हैं।
यदि आपको मोटर को गुंजयमान आवृत्ति से कम गति पर शुरू करने की आवश्यकता है, तो कंपन के प्रभाव को कम करने के लिए गुंजयमान रेंज के माध्यम से तेजी से गति करना महत्वपूर्ण है।
एक अन्य प्रभावी उपाय छोटे चरण कोण का उपयोग करना है। बड़े चरण कोणों के परिणामस्वरूप अधिक ओवरशूटिंग और अंडरशूटिंग होती है। यदि मोटर को यात्रा करने के लिए कम दूरी तय करनी है, तो यह महत्वपूर्ण रूप से ओवरशूट करने के लिए पर्याप्त बल (टॉर्क) उत्पन्न नहीं करेगा। स्टेप एंगल को कम करने से मोटर कम कंपन का अनुभव करती है। यही कारण है कि कंपन को कम करने में हाफ-स्टेपिंग और माइक्रोस्टेपिंग तकनीक इतनी प्रभावी हैं।
लोड आवश्यकताओं के आधार पर मोटर का चयन करना सुनिश्चित करें। उचित मोटर आकार से समग्र प्रदर्शन बेहतर हो सकता है।
डैम्पर्स विचार करने के लिए एक और विकल्प है। इन उपकरणों को कुछ कंपन ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए मोटर के पिछले शाफ्ट पर फिट किया जा सकता है, जिससे लागत प्रभावी तरीके से कंपन मोटर के संचालन को सुचारू बनाने में मदद मिलती है।
में अपेक्षाकृत नई प्रगति स्टेपर मोटर तकनीक 5-चरण स्टेपर मोटर है। 2-चरण और 5-चरण मोटरों (नीचे इंटरैक्टिव आरेख देखें) के बीच सबसे अधिक ध्यान देने योग्य अंतर स्टेटर ध्रुवों की संख्या है: 2-चरण मोटरों में 8 ध्रुव (प्रति चरण 4) होते हैं, जबकि 5-चरण मोटरों में 10 ध्रुव (2 प्रति चरण) होते हैं। रोटर का डिज़ाइन 2-चरण मोटर के समान है।
2-चरण मोटर में, प्रत्येक चरण रोटर को 1/4 टूथ पिच से घुमाता है, जबकि 5-चरण मोटर में, रोटर अपने डिज़ाइन के कारण टूथ पिच के 1/10 भाग को घुमाता है। 7.2° की टूथ पिच के साथ, 5-चरण मोटर के लिए चरण कोण 0.72° हो जाता है। यह निर्माण 5-चरण मोटर को 500 चरण प्रति क्रांति प्राप्त करने की अनुमति देता है, जबकि 2-चरण मोटर 200 चरण प्रति क्रांति प्राप्त करता है, जो 2-चरण मोटर की तुलना में 2.5 गुना अधिक रिज़ॉल्यूशन प्रदान करता है।
उच्च रिज़ॉल्यूशन से चरण कोण छोटा हो जाता है, जो कंपन को काफी कम कर देता है। चूँकि 5-चरण मोटर का चरण कोण 2-चरण मोटर की तुलना में 2.5 गुना छोटा होता है, इसलिए यह बहुत कम रिंगिंग और कंपन का अनुभव करता है। दोनों मोटर प्रकारों में, चरण चूकने के लिए रोटर को 3.6° से अधिक ओवरशूट या अंडरशूट करना होगा। 5-फेज मोटर के केवल 0.72° के चरण कोण के साथ, मोटर के लिए इतने अंतर से ओवरशूट या अंडरशूट करना लगभग असंभव हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप सिंक्रोनाइज़ेशन खोने की संभावना बहुत कम हो जाती है।
इसके लिए चार प्राथमिक ड्राइव विधियाँ हैं स्टेपर मोटर :
वेव ड्राइव (पूर्ण चरण)
2 चरण चालू (पूर्ण चरण)
1-2 चरण चालू (आधा चरण)
माइक्रोस्टेप
नीचे दिए गए चित्र में, तरंग ड्राइव विधि को उसके सिद्धांतों को दर्शाने के लिए सरल बनाया गया है। चित्रण में दर्शाया गया प्रत्येक 90° घुमाव एक वास्तविक मोटर में रोटर के 1.8° घुमाव को दर्शाता है।
तरंग ड्राइव विधि में, जिसे 1-चरण ऑन विधि के रूप में भी जाना जाता है, एक समय में केवल एक चरण सक्रिय होता है। जब ए चरण सक्रिय होता है, तो यह एक दक्षिणी ध्रुव बनाता है जो रोटर के उत्तरी ध्रुव को आकर्षित करता है। फिर, ए चरण को बंद कर दिया जाता है और बी चरण को चालू कर दिया जाता है, जिससे रोटर 90° (1.8°) घूम जाता है, और यह प्रक्रिया प्रत्येक चरण के व्यक्तिगत रूप से सक्रिय होने के साथ जारी रहती है।
वेव ड्राइव मोटर को घुमाने के लिए चार-चरणीय विद्युत अनुक्रम के साथ संचालित होती है।
'2 फेज़ ऑन' ड्राइव विधि में, मोटर के दोनों चरण लगातार सक्रिय रहते हैं।
जैसा कि नीचे दिखाया गया है, प्रत्येक 90° घुमाव 1.8° रोटर घुमाव से मेल खाता है। जब ए और बी दोनों चरण दक्षिणी ध्रुवों के रूप में सक्रिय होते हैं, तो रोटर का उत्तरी ध्रुव दोनों ध्रुवों की ओर समान रूप से आकर्षित होता है, जिससे यह सीधे मध्य में संरेखित हो जाता है। जैसे-जैसे अनुक्रम आगे बढ़ता है और चरण सक्रिय होते हैं, रोटर दो ऊर्जावान ध्रुवों के बीच संरेखण बनाए रखने के लिए घूमेगा।
'2 चरण चालू' विधि मोटर को घुमाने के लिए चार-चरणीय विद्युत अनुक्रम का उपयोग करके संचालित होती है।
बेसफोक के मानक 2-चरण और 2-चरण एम प्रकार के मोटर इस '2 चरण ऑन' ड्राइव विधि का उपयोग करते हैं।
'1 फेज़ ऑन' विधि की तुलना में '2 फेज़ ऑन' विधि का मुख्य लाभ टॉर्क है। '1 फेज़ ऑन' विधि में, एक समय में केवल एक चरण सक्रिय होता है, जिसके परिणामस्वरूप टॉर्क की एक इकाई रोटर पर कार्य करती है। इसके विपरीत, '2 फेज़ ऑन' विधि दोनों चरणों को एक साथ सक्रिय करती है, जिससे टॉर्क की दो इकाइयाँ उत्पन्न होती हैं। एक टॉर्क वेक्टर 12 बजे की स्थिति में और दूसरा 3 बजे की स्थिति में कार्य करता है। जब इन दो टॉर्क वैक्टर को संयोजित किया जाता है, तो वे 45° के कोण पर एक परिणामी वेक्टर बनाते हैं जिसका परिमाण एकल वेक्टर की तुलना में 41.4% अधिक होता है। इसका मतलब यह है कि '2 फेज़ ऑन' विधि का उपयोग करने से हमें 41% अधिक टॉर्क प्रदान करते हुए '1 फेज़ ऑन' विधि के समान चरण कोण प्राप्त करने की अनुमति मिलती है।
हालाँकि, पाँच-चरण मोटरें कुछ अलग तरीके से काम करती हैं। '2 चरण चालू' विधि को नियोजित करने के बजाय, वे '4 चरण चालू' विधि का उपयोग करते हैं। इस दृष्टिकोण में, हर बार जब मोटर एक कदम उठाती है तो चार चरण एक साथ सक्रिय हो जाते हैं।
परिणामस्वरूप, पांच-चरण मोटर ऑपरेशन के दौरान 10-चरणीय विद्युत अनुक्रम का पालन करती है।
'1-2 चरण चालू' विधि, जिसे हाफ स्टेपिंग के रूप में भी जाना जाता है, पिछली दो विधियों के सिद्धांतों को जोड़ती है। इस दृष्टिकोण में, हम पहले ए चरण को सक्रिय करते हैं, जिससे रोटर संरेखित होता है। ए चरण को सक्रिय रखते हुए, हम फिर बी चरण को सक्रिय करते हैं। इस बिंदु पर, रोटर दोनों ध्रुवों की ओर समान रूप से आकर्षित होता है और मध्य में संरेखित होता है, जिसके परिणामस्वरूप 45° (या 0.9°) का घूर्णन होता है। इसके बाद, हम बी चरण को सक्रिय करते हुए ए चरण को बंद कर देते हैं, जिससे मोटर को एक और कदम उठाने की अनुमति मिलती है। यह प्रक्रिया एक चरण और दो चरणों को ऊर्जावान बनाने के बीच बारी-बारी से जारी रहती है। ऐसा करने से, हम प्रभावी ढंग से चरण कोण को आधा कर देते हैं, जिससे कंपन को कम करने में मदद मिलती है।
5-चरण मोटर के लिए, हम 4 चरण चालू और 5 चरण चालू के बीच बारी-बारी से एक समान रणनीति अपनाते हैं।
अर्ध-चरणीय मोड में आठ-चरणीय विद्युत अनुक्रम होता है। '4-5 फेज़ ऑन' विधि का उपयोग करने वाली पांच-चरण मोटर के मामले में, मोटर 20-चरणीय विद्युत अनुक्रम से गुजरती है।
(आवश्यकता पड़ने पर माइक्रोस्टेपिंग के बारे में अधिक जानकारी जोड़ी जा सकती है।)
माइक्रोस्टेपिंग एक ऐसी तकनीक है जिसका उपयोग छोटे कदमों को और भी बेहतर बनाने के लिए किया जाता है। चरण जितने छोटे होंगे, रिज़ॉल्यूशन उतना अधिक होगा और मोटर की कंपन विशेषताएँ उतनी ही बेहतर होंगी। माइक्रोस्टेपिंग में, एक चरण न तो पूरी तरह से चालू होता है और न ही पूरी तरह से बंद होता है; इसके बजाय, यह आंशिक रूप से सक्रिय है। साइन तरंगें चरण ए और चरण बी दोनों पर लागू होती हैं, जिसमें चरण अंतर 90° (या पांच-चरण में 0.9°) होता है। स्टेपर मोटर )।
जब चरण ए पर अधिकतम शक्ति लागू की जाती है, तो चरण बी शून्य पर होता है, जिससे रोटर चरण ए के साथ संरेखित हो जाता है। जैसे ही चरण ए में करंट कम हो जाता है, चरण बी में करंट बढ़ जाता है, जिससे रोटर को चरण बी की ओर छोटे कदम उठाने की अनुमति मिलती है। यह प्रक्रिया दो चरणों के बीच वर्तमान चक्र के रूप में जारी रहती है, जिसके परिणामस्वरूप चिकनी माइक्रोस्टेपिंग गति होती है।
हालाँकि, माइक्रोस्टेपिंग कुछ चुनौतियाँ पेश करती है, मुख्य रूप से सटीकता और टॉर्क के संबंध में। चूँकि चरण केवल आंशिक रूप से सक्रिय होते हैं, मोटर आमतौर पर लगभग 30% की टॉर्क कमी का अनुभव करती है। इसके अतिरिक्त, क्योंकि चरणों के बीच टॉर्क का अंतर न्यूनतम है, मोटर को भार पर काबू पाने के लिए संघर्ष करना पड़ सकता है, जिसके परिणामस्वरूप ऐसी स्थिति हो सकती है जहां मोटर को वास्तव में चलना शुरू करने से पहले कई कदम चलने का आदेश दिया जाता है। कई मामलों में, एक बंद-लूप प्रणाली बनाने के लिए एनकोडर को शामिल करना आवश्यक है, हालांकि इससे कुल लागत बढ़ जाती है।
ओपन लूप सिस्टम
बंद लूप सिस्टम
सर्वो सिस्टम
स्टेपर मोटर को आमतौर पर ओपन लूप सिस्टम के रूप में डिज़ाइन किया जाता है। इस कॉन्फ़िगरेशन में, एक पल्स जनरेटर चरण अनुक्रमण सर्किट में दालों को भेजता है। चरण अनुक्रमक यह निर्धारित करता है कि किन चरणों को चालू या बंद किया जाना चाहिए, जैसा कि पहले पूर्ण चरण और आधे चरण विधियों में वर्णित है। सीक्वेंसर मोटर को सक्रिय करने के लिए उच्च-शक्ति FET को नियंत्रित करता है।
हालाँकि, एक खुले लूप सिस्टम में, स्थिति का कोई सत्यापन नहीं होता है, जिसका अर्थ है कि यह पुष्टि करने का कोई तरीका नहीं है कि मोटर ने आदेशित गति को निष्पादित किया है या नहीं।
बंद-लूप प्रणाली को लागू करने के लिए सबसे आम तरीकों में से एक डबल-शाफ्ट मोटर के पिछले शाफ्ट में एक एनकोडर जोड़ना है। एनकोडर में रेखाओं से चिह्नित एक पतली डिस्क होती है जो ट्रांसमीटर और रिसीवर के बीच घूमती है। हर बार जब कोई रेखा इन दो घटकों के बीच से गुजरती है, तो यह सिग्नल लाइनों पर एक पल्स उत्पन्न करती है।
फिर इन आउटपुट दालों को नियंत्रक को वापस भेज दिया जाता है, जो उनकी गिनती रखता है। आमतौर पर, एक आंदोलन के अंत में, नियंत्रक एनकोडर से प्राप्त दालों की संख्या के साथ ड्राइवर को भेजे गए दालों की संख्या की तुलना करता है। एक विशिष्ट दिनचर्या निष्पादित की जाती है, जिसके तहत, यदि दो गणनाएँ भिन्न होती हैं, तो सिस्टम विसंगति को ठीक करने के लिए समायोजित हो जाता है। यदि गिनती मेल खाती है, तो यह इंगित करता है कि कोई त्रुटि नहीं हुई है, और गति सुचारू रूप से जारी रह सकती है।
बंद-लूप प्रणाली दो मुख्य कमियों के साथ आती है: लागत (और जटिलता) और प्रतिक्रिया समय। एक एनकोडर को शामिल करने से नियंत्रक की बढ़ी हुई परिष्कार के साथ-साथ सिस्टम का कुल खर्च बढ़ जाता है, जो कुल लागत में योगदान देता है। इसके अतिरिक्त, क्योंकि सुधार केवल आंदोलन के अंत में किए जाते हैं, इससे सिस्टम में देरी हो सकती है, संभावित रूप से प्रतिक्रिया समय धीमा हो सकता है।
बंद-लूप स्टेपर सिस्टम का एक विकल्प सर्वो सिस्टम है। सर्वो सिस्टम आम तौर पर कम पोल गिनती वाले मोटरों का उपयोग करते हैं, जो उच्च गति प्रदर्शन को सक्षम करते हैं लेकिन अंतर्निहित स्थिति क्षमता की कमी होती है। सर्वो को पोजिशनल डिवाइस में बदलने के लिए, फीडबैक तंत्र की आवश्यकता होती है, अक्सर नियंत्रण लूप के साथ एक एनकोडर या रिज़ॉल्वर का उपयोग किया जाता है।
सर्वो प्रणाली में, मोटर को तब तक सक्रिय और निष्क्रिय किया जाता है जब तक कि रिज़ॉल्वर इंगित नहीं करता कि एक निर्दिष्ट स्थिति तक पहुँच गया है। उदाहरण के लिए, यदि सर्वो को 100 चक्कर लगाने का निर्देश दिया जाता है, तो यह रिज़ॉल्वर गिनती शून्य से शुरू होती है। मोटर तब तक चलती है जब तक रिज़ॉल्वर गिनती 100 क्रांतियों तक नहीं पहुंच जाती, जिसके बाद यह बंद हो जाती है। यदि कोई स्थितिगत बदलाव होता है, तो स्थिति को ठीक करने के लिए मोटर को पुनः सक्रिय किया जाता है।
स्थितीय त्रुटियों के प्रति सर्वो की प्रतिक्रिया लाभ सेटिंग से प्रभावित होती है। एक उच्च लाभ सेटिंग मोटर को त्रुटि में परिवर्तन पर तुरंत प्रतिक्रिया करने की अनुमति देती है, जबकि कम लाभ सेटिंग के परिणामस्वरूप धीमी प्रतिक्रिया होती है। हालाँकि, लाभ सेटिंग्स को समायोजित करने से गति नियंत्रण प्रणाली में समय की देरी हो सकती है, जिससे समग्र प्रदर्शन प्रभावित हो सकता है।
अल्फ़ास्टेप BesFoc का नवोन्वेषी है स्टेपर मोटर समाधान, एक एकीकृत रिज़ॉल्वर की विशेषता है जो वास्तविक समय स्थिति प्रतिक्रिया प्रदान करता है। यह डिज़ाइन सुनिश्चित करता है कि रोटर की सटीक स्थिति हर समय ज्ञात हो, जिससे सिस्टम की सटीकता और विश्वसनीयता बढ़ जाती है।
अल्फ़ास्टेप ड्राइवर में एक इनपुट काउंटर होता है जो ड्राइव पर भेजे गए सभी दालों को ट्रैक करता है। इसके साथ ही, रिज़ॉल्वर से फीडबैक रोटर स्थिति काउंटर को निर्देशित किया जाता है, जिससे रोटर की स्थिति की निरंतर निगरानी की अनुमति मिलती है। किसी भी विसंगति को विचलन काउंटर में दर्ज किया जाता है।
आमतौर पर, मोटर ओपन लूप मोड में काम करती है, जिससे मोटर के अनुसरण के लिए टॉर्क वैक्टर उत्पन्न होता है। हालाँकि, यदि विचलन काउंटर ±1.8° से अधिक विसंगति को इंगित करता है, तो चरण अनुक्रमक टॉर्क विस्थापन वक्र के ऊपरी भाग पर टॉर्क वेक्टर को सक्रिय करता है। यह रोटर को पुन: संरेखित करने और इसे सिंक्रोनिज़्म में वापस लाने के लिए अधिकतम टॉर्क उत्पन्न करता है। यदि मोटर कई चरणों में बंद हो जाती है, तो सीक्वेंसर टॉर्क विस्थापन वक्र के उच्च अंत पर कई टॉर्क वैक्टर को सक्रिय करता है। ड्राइवर 5 सेकंड तक ओवरलोड की स्थिति को संभाल सकता है; यदि यह इस समय सीमा के भीतर समकालिकता बहाल करने में विफल रहता है, तो एक गलती शुरू हो जाती है, और एक अलार्म जारी किया जाता है।
अल्फ़ास्टेप प्रणाली की एक उल्लेखनीय विशेषता किसी भी छूटे हुए चरण के लिए वास्तविक समय में सुधार करने की क्षमता है। पारंपरिक प्रणालियों के विपरीत, जो किसी भी त्रुटि को ठीक करने के लिए किसी चाल के अंत तक प्रतीक्षा करती हैं, अल्फास्टेप ड्राइवर रोटर के 1.8° रेंज से बाहर आते ही सुधारात्मक कार्रवाई करता है। एक बार जब रोटर इस सीमा के भीतर वापस आ जाता है, तो ड्राइवर ओपन लूप मोड में वापस आ जाता है और उचित चरण ऊर्जा को फिर से शुरू कर देता है।
संलग्न ग्राफ़ टॉर्क विस्थापन वक्र को दर्शाता है, जो सिस्टम के परिचालन मोड-खुले लूप और बंद लूप पर प्रकाश डालता है। टॉर्क विस्थापन वक्र एकल चरण द्वारा उत्पन्न टॉर्क का प्रतिनिधित्व करता है, जब रोटर की स्थिति 1.8° विचलित हो जाती है तो अधिकतम टॉर्क प्राप्त होता है। एक कदम तभी छूट सकता है जब रोटर 3.6° से अधिक ओवरशूट हो जाए। क्योंकि जब भी विचलन 1.8° से अधिक हो जाता है तो ड्राइवर टॉर्क वेक्टर का नियंत्रण ले लेता है, मोटर के कदम चूकने की संभावना नहीं होती है जब तक कि वह 5 सेकंड से अधिक समय तक चलने वाले ओवरलोड का अनुभव न करे।
कई लोग गलती से मानते हैं कि अल्फास्टेप मोटर की चरण सटीकता ±1.8° है। वास्तव में, अल्फास्टेप की चरण सटीकता 5 आर्क मिनट (0.083°) है। जब रोटर 1.8° रेंज से बाहर होता है तो ड्राइवर टॉर्क वैक्टर का प्रबंधन करता है। एक बार जब रोटर इस सीमा के भीतर आ जाता है, तो रोटर के दांत उत्पन्न होने वाले टॉर्क वेक्टर के साथ सटीक रूप से संरेखित हो जाते हैं। अल्फास्टेप सुनिश्चित करता है कि सही दांत सक्रिय टॉर्क वेक्टर के साथ संरेखित हो।
अल्फ़ास्टेप श्रृंखला विभिन्न संस्करणों में आती है। बेसफोक रिज़ॉल्यूशन और टॉर्क को बढ़ाने या परावर्तित जड़ता को कम करने के लिए कई गियर अनुपात के साथ गोल शाफ्ट और गियर वाले दोनों मॉडल पेश करता है। अधिकांश संस्करण विफल-सुरक्षित चुंबकीय ब्रेक से सुसज्जित हो सकते हैं। इसके अतिरिक्त, BesFoc एक 24 VDC संस्करण प्रदान करता है जिसे ASC श्रृंखला कहा जाता है।
निष्कर्ष में, स्टेपर मोटर्स पोजिशनिंग अनुप्रयोगों के लिए अत्यधिक उपयुक्त हैं। वे केवल पल्स गिनती और आवृत्ति को बदलकर दूरी और गति दोनों के सटीक नियंत्रण की अनुमति देते हैं। उनकी उच्च पोल गणना खुले लूप मोड में काम करते समय भी सटीकता को सक्षम बनाती है। किसी विशिष्ट एप्लिकेशन के लिए उचित आकार होने पर, a स्टेपर मोटर कदम नहीं चूकेगी। इसके अलावा, क्योंकि उन्हें स्थितिगत प्रतिक्रिया की आवश्यकता नहीं होती है, स्टेपर मोटर्स एक लागत प्रभावी समाधान हैं।
