Step Motorlar ile loT Uygulamaları

Bu yazıda, güvenlik kameralarını ve uzak sensörleri konumlandırma veya havalandırma deliklerini, vanaları çalıştırma gibi IoT odaklı görevlerde step motorların nasıl çalıştığını inceledik.

A- A+

11.08.2020 tarihli yazı 8511 kez okunmuştur.

Sensör özellikli akıllı nesneler, IoT'un "gözleri ve kulakları" olarak hayati rol oynamaktadır. Ancak yakın zamana kadar, IoT uygulamalarına internet üzerinden geri dönebilen ve gördüklerine veya algıladıklarına fiziksel bir şekilde tepki verebilen pratik, uygun fiyatlı "kollar ve eller" sağlamak için çok az pratik çözüm vardı. Bununla birlikte, motorlara, step motorlara, solenoidlere ve siber dünyanın sanal amacını gerçek dünya eylemlerine çeviren diğer aktüatör türlerine güç sağlamak için küçük pil paketlerini kullanabilen uygun maliyetli IoT özellikli elektronik sürücülerin ortaya çıkmasıyla bu durum değişiyor.

Şekil 1a. Step motorlar, bu uzaktan etkinleştirilen radyatör denetleyicisi gibi giderek artan sayıda IoT uygulaması buluyor.

Şekil 1b. Radyatör denetleyicisi Microchip AVR IoT geliştirme kartıyla gösterilmiştir.

Bu yazıda, step motorlara odaklanacağız çünkü parçalı rotor ve armatür yapıları, küçük, hassas, ayrık adımlarla dönmelerine ve güçsüzken konumlarını korumalarına izin veriyor. Bu, güvenlik kameralarını ve uzaktan kumanda sensörleri konumlandırma veya havalandırma deliklerini, vanaları ve cam kapaklarını çalıştırma gibi IoT odaklı görevlerde iyi çalışmalarını sağlar.

Sınırlı Güç Kaynağı ile Çalışma

Bazı motorlu IoT cihazları hattan güç alırken, giderek artan sayıda uygulamanın, genellikle tek bir Li-ion hücre veya AA veya AAA pil gibi nispeten küçük, düşük voltajlı enerji kaynakları kullanarak uzak konumlarda çalışması gerekmektedir. Ev ve ofis çevresindeki birçok IoT uygulaması söz konusu olduğunda, bu uygulamaların çevreye uyum sağlamaları gerekir, yani güç kabloları olamaz.

Teorik olarak, pil gücü bu uygulamaların birçoğu için işe yarayacaktır çünkü motoru nadiren kullanırlar, bu nedenle pilin sınırlı kapasitesi üzerindeki etkileri nispeten düşüktür. Ancak pil, bir step motorun bobinlerine enerji vermek için ihtiyaç duyduğu daha yüksek sürücü voltajı ve nispeten büyük akım darbeleri sağlayamayabilir. Tablo 1'de gösterildiği gibi, en yaygın olarak bulunan piller, çıkış akımları arttıkça çıkış voltajlarını azaltan önemli miktarda iç dirence sahiptir.

► İlginizi Çekebilir: Step Motorlar için IC Sürücü Seçimi

Neyse ki, tamponlama beslemesi, yükseltici dönüştürücüler ve özel sarımlı stepperlar dahil olmak üzere bu sınırlamaların üstesinden gelmek için birkaç basit strateji mevcuttur. Bu stratejilerin her birinin nasıl çalıştığına bakalım.

Tamponlama Beslemesi

Kısa bir yüksek akım darbesi verebilen bir süper kapasitör eklenerek küçük bir pilin sınırlı çıkışını desteklemek için " tamponlama beslemesi" olarak bilinen basit bir teknik kullanılabilir.

Süper kapasitörün boyutu aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:
C = dU*I/t

dU = pilin izin verilen maksimum dahili voltaj düşüşü,

I = pilin çıkışını desteklemek için gereken akım ve t = istenen çalışma süresi

Şu anda, süper kapasitörler yalnızca 2,7 V'luk bir maksimum çalışma voltajını tolere eder ve besleme voltajı bu değeri aşabilirse bir koruma devresi gerektirir. Daha yüksek voltajların gerekli olduğu durumlarda, iki veya daha fazla süper kapasitör seri olarak yerleştirilebilir, ancak devre voltajları dengelemek için bir Zener diyotu veya başka bir cihaz içermelidir.

Şekil 2: Zener aşırı gerilim korumalı (2,5 V) bir süper kapasitör dengeleme devresi.

Bu tür uygulamalar için uygun süper kapasitörler, Maxwell, Skeleton ve Vishay dahil olmak üzere birçok bileşen üreticisinden artık yaygın olarak temin edilebilir.

Yükseltici Dönüştürücüler

Pek çok popüler motor sürücüsü de dahil olmak üzere bazı IC'ler, özellikle hizmet ömürlerinin sonuna yaklaştıklarında, küçük pil paketlerinde bulunan düşük voltajlarla çalışırken zorluk yaşarlar. Yükseltici dönüştürücüler, bir pilin voltajını üç ila dört kata kadar artırmak ve pilin ömrünün sonuna doğru sisteminizin besleme voltajını eşit bir seviyede tutmak için kullanılabilen düşük maliyetli IC'lerdir. Bu dönüştürücüler yüksek yüklerde çok verimlidir (% 90 -% 95), ancak hafif yüklendiğinde verimleri bir şekilde düşer. Bağımsız bir çözüm olarak veya bir süper kapasitör ile birlikte kullanılabilirler.

Yükseltici dönüştürücüler üreten IC üreticileri arasında Analog Devices, Maxim Integrated ve Texas Instruments bulunur. Bu tür uygulamalar için en sık kullanılan dönüştürücülerden biri Maxim`s MAX8969.

Özel Sargılı Stepper`lar

Çoğu stepper, hatta küçük olanlar bile, 5V ila 12V arasındaki voltajlarda çalışacak şekilde tasarlanırken, çoğu küçük pil yığını 1.5V ila 5V üretir. Bu düşük voltajlarda çalışmak için, stepperların daha az sayıda daha kalın, daha düşük dirençli tele sahip sargılara ihtiyacı vardır.

Neyse ki, çoğu üretici özel siparişleri makul bir ücret karşılığında veya ücretsiz olarak karşılayacak şekilde ayarlanmıştır. Özel sargılı bir motor sipariş etmek için, durma anında nominal torku veren RMS motor akımı olarak tanımlanan bir bobin akımı (ICOIL) belirlemeniz gerekir. Bu tip uygulamalar için, direnç kayıplarını en aza indirmek ve biraz boşluk sağlamak için maksimum tork akımının% 50-70'inde gerekli torku sağlayacak bir motor kullanmak iyidir.

Sargıları belirlemenin ilk adımı, uygulamanız için gerekli torku oluşturmak için gereken akımı hesaplamak için üreticinin orijinal motor özelliklerini kullanmaktır. Aşağıdaki formülü kullanarak motor tipi için voltaj gereksinimini hesaplamak için bu değeri kullanmalıyız.

Durağan koşulları için bu hesaplama, arka EMF'nin çok az olduğu yavaş hareket işlemi için de makul ölçüde doğrudur. Daha yüksek hızlarda, motorun spesifik arka-EMF sabit CBEMF'si için aşağıdakiler kullanılarak da hesaba katılmalıdır:

Bu formül, tutma torku ve atanan bobin akımı oranını kullanır. Her iki durumda da step motorunun RCOIL'ini düşürmenin daha düşük bir UBAT'a izin verdiğini unutmayın.

Seçtiğiniz stepperın voltaj gereksiniminin beslemenizdeki voltajı aştığını tespit ederseniz, daha yüksek bir akım kullanarak daha düşük bir voltajda çalışacak özel sargılı bir model için motor üreticisine başvurun.

Kaynak: