Özel tasarimli motorlar elektrik motorları ve...

ÖZEL TASARIMLI MOTORLARElektrik Motorları ve Sürücüleri

Genel Kavramlar

Motor sarımı görüntüleri

Sağ el kuralı bobine uygulanırsa:4 parmak akım yönünüBaşparmak N kutbunu gösterir

N ve S kutbunun oluşumuManyetik alan yönü N’ den S’e doğrudur.

• Lenz kanununa göre; iletken bir manyetik alan içinde hareket ettirilirse uçları arasında potansiyel fark oluşur. Aynı şekilde bir manyetik alan iletkeni kesecek şekilde hareket ettirilirse yine iletken uçlarında potansiyel fark oluşur.

• Bu potansiyel fark e=B.L.V formülü ile bulunur.

sol el kuralı:

• Sol el kuralına göre;

• işaret parmağı yönünde bir manyetik alanın (B) olduğu ortama,

• üzerinden orta parmak yönünde akım (I) geçen bir iletken sokulursa,

• iletkene baş parmak yönünde bir kuvvet (F) etkidiği görülür.

DC Motorların Çalışma Esasları

• İçerisinden akım geçen iletken, manyetik alana sokulursa iletkene bir kuvvet etkir.

• FBI (unutulmasın)

DOĞRU AKIM (DC)MOTORLARI

DA Motorunun Çalışması

• Doğru akım motoru, içinden akım geçen iletkenin manyetik ortam dışına itilmesiprensibine göre çalışır.

• Motorlarda manyetik alanı endüktör oluşturmaktadır.

• İçinden akım geçen iletkenler ise endüvi üzerinde bulunur.

• Endüvi üzerindeki iletkenlere fırça ve kolektör yardımıyla doğru gerilim uygulanır.

• İletkenden geçen akım yön değiştirirse itilme yönü de değişir.

• İtilme yönünün değişmesi motorun dönüş yönünü de değiştirir.

DC motorlar

• Motorun dairesel hızı uygulanan voltajla doğru orantılıdır.

• Endüvi gerilimini değiştirerek devri ayarlamak mümkündür.

• Döndürme momenti (tork) bobin akım gücü ile doğru orantılıdır.

• Endüvi akımını değiştirerek torkuayarlamak mümkündür.

• Sürücü devreleri ile DC motorların hızları, dönüş yönleri ve momentleri çok hassas olarak denetlenir.

• DC servo motorlar üzerinde yer ve hız algılayıcıları bulunur. Eğer hareket hassas bir şekilde kontrol edilmek isteniyorsa bu motorlar da tercih edilebilir.

DC Motorun Genel Yapısı ve parçaları

• 1) Endüktör(stator)

• 2) Endüvi(rotor)

• 3) Kollektör

• 4) Fırçalar

• 5) Yatak ve kapaklar

Endüvi (Rotor,armatür,dönen kısım)

Endüvi (Rotor,armatür,dönen kısım)

• DA makinelerinde dönen, mekanik enerjinin alındığı kısımdır . Endüviüzerinde kollektör vepreslenmiş saç paket bulunur.

• Saç üzerindeki emaye yalıtkanlıiletkenlerden akım geçtiğindemotor olarak çalışır, yani döner.

• Manyetik alan içindeki endüvidışarıdan bir kuvvetledöndürülürse, gerilim üretir. Yani dinamo görevi yapar.

• Kollektöre iki ya da daha fazla fırça ile doğru gerilim uygulanır.

• Endüvi üzerinde kollektör vardır ve bakır dilimlerden oluşur.

• Bu dilimlere endüvide bulunan iletkenler lehimlenir .

Fırça ve Kollektör

• DC motorlarda motorun hareketli kısmı olan rotor(endüvi) sargılarına gerilim uygulanması için kullanılan ara bağlantı elemanına fırça,

• Fırçaların temas ettiği endüvininbölümüne ise kollektör veya komütatör denir.

• DC motor fırçaları bakır alaşımlardan yapılabildiği gibi genellikle karbon alaşımlardan yapılmaktadır. Bu nedenle DC motor fırçalarına kömür de denmektedir.

• DC motorlarda kullanılan fırça ve kollektör sistemleri bu motorların en çok sorun çıkaran bölümleridir.

• Kullanılan DC motorların belirli periyotlarda bakımları yapılmalı, bu bakımlar sırasında fırça ve kollektörlerikontrol edilmelidir.

• Fırça boyları çok fazla kısalmışsa fırçalar değiştirilmeli, kollektörüzerinde deformasyonlar varsa ince zımpara ile giderilmelidir.

Fırçalar

• Manyetik alan içerisinde bulunan, üzerinden akım geçen iletkene bir kuvvet uygulanır.

• Uygulanan bu kuvvet ile iletken yani rotor hareket eder. Rotorun bu sürekli hareketinin hiç durmadan devam etmesi için rotora uygulanan gerilimin de kesintiye uğramaması gerekir.

• Bu kesintisiz gerilim kullanılan fırçalarla sağlanır.

Endüktör(stator,gövde,duran kısım)

• Görevi NS kutuplarını oluşturmaktır, yani

• manyetik alan meydana getirmektir.• Endüktör sargısı DA makinesinin

gövdesinde bulunur,• Vida ve somunlarla gövdeye

tutturulur.• Küçük güçlü DA makinelerinde ve

pilli oyuncaklarda daimi mıknatıs, endüktör olarak görev yapmaktadır.

• Endüktör, makinenin gücüne ve devir sayısına göre 2, 4, 6, 8 veya daha çok kutuplu olur.

Yatak, Kapak ve Diğer Parçalar

• Doğru akım makinelerinin en önemli parçalarından biri de yataklarıdır.

• Yataklar da periyodik bakım gerektirir. Bilezikli tip metal yataklar ya da bilyeli(rulman) yatak kullanılır.

• DA makinelerinin soğutulması için pervaneler kullanılır.

Sabit Mıknatıslı Motorlar(Dıştan Uyarlamalı Motorlar)

• Dıştan uyarmalı motorlarda uyartım sargısı endüvi ile bağlantılı değildir.

• Uyartım akımı bağımsız bir gerilim kaynağından sağlanır.

• Yol-verme ve devir sayısının ayar edilmesi için endüvi gerilimi ayarlanır.

• Dıştan uyarmalı motorların güç etiketlerinde endüvi geriliminin yanında uyartım gerilimi de ayrıca verilmektedir.

Şönt Motorlar

• Şönt motorlarda uyartım akım sargısı endüvi sargısına paraleldir.

• Yüksüz durumda kendi başlarına devir yükseltmezler ve yük altında çok az devir yitirirler.

• (Paralel kolun direnci aynı akımı aynı)

Seri Motorlar

• Bu motorlarda uyartım sargısı endüvi ile seri bağlanmıştır.

• Seri motorlarda endüvi akımının tümü uyartım sargısından geçer. Bu nedenle endüvi akımı yükseldikçe uyartım akımı da yükselir ve

• özellikle motorun yol alması sırasında devir sayısı sonsuza yükselmek ister.

Seri Motorlar

• Bundan dolayı Seri motorlar yüksüz durumda çalıştırılmaz.

• Bazı alçak gerilimli ve yüksek güçlü seri motorlar marş motoru olarak otolarda kullanılır.

• Alternatif akımla da işletilmek üzere yapılmış seri motorlara üniversal motorlar denilir.(ileride ayrı bir başlık altında işlenecektir.)

Avantajları ve kullanım alanları

• Doğru akım makinaları motor

• Veya jeneratör olarak kullanılabilir.

• Genellikle motor olarak kullanılır.

• Hız ve tork ayarı kolay yapılır.

• Büyük motorlarda bobinli statorlar bulunurken,

• küçük olanlarında sabit mıknatıslı statorlar bulunur.

• Metroda, trenlerde genellikle DC motor kullanılır.

• Güç elektroniğindeki gelişmeler DC motor ve DC jeneratörlerin kullanımını sınırlamıştır.

Doğru Akım Motorunda Kayıplar

• Doğru akım motorlarında malzemeden dolayı

• bakır kayıpları,

• demir kayıpları,

• mekanik kayıplar

• ve fırça kayıpları oluşur.

• Bakır Kayıpları: Makinanın sargılarında bakır iletkenler kullanıldığından, sargı dirençlerinden ötürü meydana gelen ısınma (termal) kayıplarıdır.

• 𝑃𝑐𝑢 =𝐼2.R kadardır.


• Demir Kayıpları:

• Değişken manyetik alan etkisine maruz kalan demir parçalarında meydana gelir.

• Histerisiz kayıplarıve Fukokayıpları olmak üzere iki kısımdan oluşurlar.

• Artık mıknatısıyetten dolayı yeni kutba meydan okuyan önceki kutup kayıp oluşturur:histerisizkayıpları

• Bu önceki kutbun oluşturduğu küçük akım kayıplarına da fukoltakımları ve kayıpları denilir.


• Mekanik Kayıplar: Makinede rulmandaki mekanik sürtünme ve endüvinin hava aralığı ile sürtünmesinden dolayı meydana gelen kayıplardır. Ayrıca sürtünmenin yanında vantilasyon kayıpları da bu gruba girer.

• Fırça Kayıpları: Fırçaların kollektöre temasından dolayı burada

• temas direnci diye adlandırabileceğimiz bir direnç

• ve gerilim düşümü meydana gelir.

• Bu nedenle oluşan kayıplara da fırça kayıpları denir.

KAYIPLAR ve VERİM

𝜂 =𝑃𝑎𝑙𝚤𝑛𝑎𝑛𝑃𝑣𝑒𝑟𝑖𝑙𝑒𝑛

∗ 100

𝑃𝑣𝑒𝑟𝑖𝑙𝑒𝑛=𝑃𝑎𝑙𝚤𝑛𝑎𝑛 + 𝑃𝑘𝑎𝑦𝚤𝑝𝑙𝑎𝑟

Verim=𝑃𝑎𝑙𝚤𝑛𝑎𝑛

𝑃𝑣𝑒𝑟𝑖𝑙𝑒𝑛∗ 100

Doğru Akım Motorlarında Endüvi Reaksiyonu ve Komütasyon• Endüvi sargısının

oluşturduğu manyetik alanın, uyartım sargısının oluşturduğu manyetik alanı bozmasına endüvireaksiyonu denir.

• Olması istenmez ve engellenmesi veya önlem alınması gereken bir durumdur.

• Komütasyon:

• Fırça ve kollektör dilimlerinde akımın yön değiştirmesi olayıdır. Çok kısa bir süre içerisinde oluşur. Ark ve kıvılcım oluşturur. Bunlar içinde yine önlemler alınmalıdır.

Fırçasız DC Motorlar

• Temel prensip ve çalışma şekli DC motorlarla aynıdır. Tek fark bobinlerin sabit, sabit mıknatısların rotora bağlı olmasıdır.

• Yani bu motorda rotor ve stator yer değiştirmiştir.

• Bunun avantajı, fırça ve kollektörsisteminin kalkması,

• dolayısı ile fırça/kollektör ikilisinin oluşturduğu elektrik/mekanik kayıpların ortadan kalkmasıdır.


• Rotor bölümünde akım olmadığı için rotora akım taşıyacak fırça ve kolektör düzeneklerine de gerek yoktur.

• Bu nedenle bu tür motorlar fırçasız(brushless) motor olarak adlandırılır.

• Bu tür motorların rotor bölümlerinde güçlü doğal mıknatıs kullanılır.

• Motor verimi %80’ler düzeyindedir.

• Uygulama alanları;

• fotokopi makineleri, fanlar, pompalar, yazıcılar olarak sıralanabilir.

• Bu tip motorlar; optik tarayıcı ve tıp cihazlarında da kullanılmaktadır.


• Fırçasız motorlarda, rotorun nerede olduğunun bilinmesi için rotor konum sensörleri kullanılır.

ENCODERLER (ŞAFT POZİSYON ALGILAYICI)

• Encoderler robot ve otomasyon projelerinde açısal dönme hızını ve düzeneğin açısal pozisyonunu belirlemek amacıyla kullanılır.

• Encoder diskinin üzerinde belirli aralıkla delikler vardır. Encoder diski dönerken IR ledin yaydığı ışık deliklerden geçer ve karşı taraftaki fototransistörü tetikler. Delik olmayan kısımlarda ise IR ışık fototransistörü tetikleyemez.

• Bu şekilde alınan sinyaller sayılabilir ve mikrodenetleyiciye gönderilebilir. Mikrodenetleyicide yazılı program ile sinyaller işlenerek gerekli işlemlerin gerçekleştirilmesi sağlanır.

enkoderler

DC Motorlarda Dinamik Frenleme

• Bir DC motorun endüvi akımı kesildikten sonra endüktör akımı devam ettirilirse DC motor generatör gibi çalışmaya başlar. Bu durumda endüvi uçları arasına bir yük (direnç) bağlanırsa bu yükten geçen akıma bağlı olarak motorun devir sayısı hızla azalacak ve frenlenecektir.

DC Motorlarda Manyetik Frenleme

• Çalışmakta olan bir DC motora dönme yönüne göre dijital 1-0 veya 0-1 bilgisi gelmektedir.

• Motorun çalıştığı alanda bize acil bir frenleme gerekliyse ek donanıma ihtiyaç duymadan manyetik olarak bunu halledebiliriz.

• Çalışan DC motorun iki ucuna da hareket halindeyken 1-1 bilgisi verilirse motor ani bir frenleme yapacaktır.

• Bunu motor çalışmazken yaparsak işe yaramadığını görürüz.

• Çalışan DC motorun iki ucunu hareket halindeyken birleştirirsek motor yine frenleme yapacaktır.

• Çalışan DC motora, AC gerilim uygulanırsa da manyetik olarak frenleme yapacaktır.

DC motorların sürülmesi ve sürücü devreleri

• Armatür (endüvi) gerilimini değiştirerek devri ayarlamak mümkündür.

• Endüvi akımını değiştirerek torku(döndürme momentini) ayarlamak mümkündür.

• Endüviye uygulanan akımın yönünü değiştirirsek ters yöne dönmesini sağlamak mümkündür.

• (Kutup yerlerini yani kutup sargılarına uygulanan akım yönünü değiştirsek te olur.)

• Sürücü devreleri ile DC motorların hızları, dönüş yönleri ve momentleri çok hassas olarak denetlenebilir.

555 entegresiyle dc motor hız kontrolü

• DC motorların hızını kontrol etmek için motor gerilimini değiştirmek gerekir.

• DC motorun hızı besleme gerilimiyle doğru orantılıdır.

• Çoğunlukla sistemimizde bir adet güç kaynağı olur ve bu kaynağın gerilimini değiştiremeyiz.

• Bu durumda DC motorun hız kontrolünü yapmak için farklı bir yöntem düşünülmelidir.

• Mesela 12 volt gerilimde tam hızında çalışan bir motora 1 milisaniye 12 volt uygulansa, 1 milisaniye uygulanmasa, yani frekansı 500 Hz ve tepe gerilimi 12 volt olan, bir sinyal uygulansa motora uygulanan ortalama voltaj 6 volt olacaktır ve motor yaklaşık yarı hızda dönecektir.

• Bu oran değiştirilerek, motorun hız kontrolü yapılabilir.

555 timer entegresi

• Sinyal genişliği potansiyometreile ayarlanabilen kare dalga üretmektedir.

• Potansiyometre en sol konuma alındığında sinyal genişliği %0 a yaklaşmakta, en sağa alındığında ise %100 e yaklaşmaktadır.

555’in ürettiği kare dalganın frekansı dirençlerin değerine ve kondansatörün kapasite değerine bağlıdır.

Q1BD135

Q3

2N6609

Q42N3055

+88.8

12VDC MOT

Q2

BD136

R1

100

R2

100

R3

1k

D11N4001

D21N4001

R4100

R5100

B112V

B212V

55%

RV1

10k

Kitaptan sayfa 18’den dc motorun transistör ile kontrolü

dc motorun PIC16F877’de bulunan PWM modülü ile kontrolü• Otomasyon sistemlerinde PWM

tekniğinin kullanıldığı birçok uygulama mevcuttur. Bunlardan en yaygın olanı da dc gerilim değerinin değiştirilmesi işlemidir.

• DC gerilimin değeri “dc-dc konverter” adı verilen sistemler ile değiştirilebilmektedir.

• Bu sistemlerde dc gerilimin seviye dönüşümü için bir veya daha fazla transistör, mosfet vb. gibi yarı iletken anahtar kullanılır. Ortalama çıkış gerilimi anahtarlama elemanının 𝑇𝑜𝑛 ve 𝑇𝑜𝑓𝑓 zamanı ayarlanarak yapılır. Anahtarlamalı güç kaynaklarında gerilim ayarı için yapılan bu işleme “Darbe (Pulse) Genişlik(Width) Modülasyonu” (PWM) adı verilir.

PWM:Darbe genişlik modülasyonu

• 𝑇 = 𝑇𝑜𝑛+𝑇𝑜𝑓𝑓 eşitliği kullanılır.

• Bu formülde “𝑇𝑜𝑛” ifadesi kare dalga sinyalin lojik-1 değerinde kalma süresi,

• “ 𝑇𝑜𝑓𝑓” ise kare dalga sinyalin lojik-0 değerinde kalma süresidir.

dc motorun PIC16F877’de bulunan PWM modülü ile kontrolü

PIC16F877

• PIC16F877 mikrodenetleyici iç yapısında birçok elektronik modül vardır.

• Burada PWM modülünün kullanılmasına değinilecektir. PWM modülü sayesinde ana programın çalışmasını meşgul etmeden otomatik olarak bağımsız bir hattan PWM sinyali elde edilebilir.

• MikroC dili ile PWM sinyali üretmek hazır fonksiyonlar sayesinde oldukça kolaylaştırılmıştır.

L293D robotikte en çok kullanılan motor sürücü entegresidir.

DC motorun PIC(16F877A) ile kontrolü• Gerekli Komponentler:

• PIC16F877A

• (peripheral Interface Controller)

• L293D motor sürücüsü

• DC Motor

L293D Motor Sürücü Entegresi

• L293D, DC motor kullanılan robotlarda en çok kullanılan entegrelerden biridir.

• 16 bacaklı bu entegre, içinde iki adet H köprüsü ve

• bunlara bağlı hızlı diyot köprülerini barındırır.

• Her iki motora 600mA akım sağlayabilen bu entegre,

• aynı zamanda akım korumalıdır.

• Bu koruma, robotun talep ettiği akımı almasını engelleyebilir.

• Özellikleri:

• Sağ ve sol tarafının bağımsız çalışmasını sağlar.

• 1 adet L293D iki motoru çift yönlü kontrol edebilir.

L293D L293C

NEDEN L293D ?

• Pic’in bir bacağından(pininden) çekebileceğimiz akım maksimum 25 mA düzeyindedir. Bu akım seviyesi bir motoru sürmek için yeterli olmayacağından akımın kuvvetlendirilmesi (yükseltilmesi) gerekmektedir. İşte bu kuvvetlendirme işini de içinde transistor, mantık kapısı ve diyot barındıran L293D entegresi yapmaktadır.

• Bu entegre vasıtasıyla çekilebilecek maksimum akım 600 mA olduğundan daha fazla akım gerektiren uygulamalarda bu entegre kullanılamayacaktır, onun yerine çekilebilecek akım düzeyi 4 A’ e kadar çıkabilen L298 entegresi kullanılabilir. Bu entegreler hakkında daha fazla bilgi kataloglarında(datasheet) bulunabilir.

Proteus ve mikroC araçları da kullanımda

L293 motor sürücü entegresine;

• 0x01=0000 0001 ve

• 0x02= 0000 0010

• uygulanır ise motora uygulanan gerilimin polaritesi değiştirilmiş olur.

• Bu sayede motor dönüş yönü değiştirilmiş olur.

16F877A mikro denetleyicisinde CCP(Capture-Compare-Pwm) modülü mevcuttur.

butonlar

• D portu giriş yapıldı.

• Girdiler yani;

• butonların açılıp kapatılması ile sağa sola dönüşler, hızlanma ve yavaşlama sağlanıyor.

mikroC kodları aşağıdaki gibidir.

eğer RD1 butonuna basılırsa CW saat yönündeeğer RD6 butonuna basılırsa CCW saat yönünün tersine hareket sağlanır.

Eğer RD2 butonuna basılırsa hız artırılır. Osilaskopekranında PWM sinyalinin Ton ve Toff süreleri gözetlenir.

Eğer RD4 butonuna basılırsa hız azaltılır.

Reset butonu ile başlangıç noktasına yani durgunluğa dönülür.

RESET

DC motor hızlan yavaşla mikroC kodları

MOTORLAR

• İçinden elektrik akımı geçen bir tel bir pusulaya yaklaştırılırsa,

• pusulanın normal olarak kuzey-güney doğrultusunu gösteren mıknatıslanmış iğnesi

• bu doğrultudan sapar

• Elektrik motorunun çalışma ilkesi de bu olguya dayanır;

• elektrik ile manyetizma (mıknatıslık) arasındaki bu ilişkiden yararlanarak

• elektrik akımı mekanik enerjiye,

• yani bir motorun hareketine dönüştürülebilir.

DA Seri Motoru

• Bu motorlarda uyartım sargısı endüvi ile seri bağlanmıştır.

• Seri motorlarda endüvi akımının tümü uyartım sargısından geçer. Bu nedenle endüvi akımı yükseldikçe uyartım akımı da yükselir ve

• özellikle motorun yol alması sırasında devir sayısı sonsuza yükselmek ister.

ÜNİVERSAL (SERİ) MOTORLAR

• Üniversal motor doğru akım seri motoruna benzer.

• Statoru saç paketlerinden çıkıntılı kutuplu olarak yapılmış

• kutuplara kutup bobinleri yerleştirilmiştir.

• Rotor doğru akım makinası endüvisi gibidir.

• Rotor oluklarına yerleştirilen sargılar D.A endüvi sargılarının aynıdır.

• Yapısı nedeniyle hem D.A hem de A.A.da kullanılır.

• Her iki akımda da kullanıldığı için bu motorlara üniversal motor denilmektedir.

ÜNİVERSAL (SERİ) MOTORLAR

Çalışma prensibi:

• Üniversal motora bir fazlı alternatif gerilim uyguladığımızda ;

• Kutup bobinlerinden geçen akım manyetik alan meydana getirir.

• Yani N ve S kutupları oluşur.

• Endüvi yani içerisinden akım geçen iletken manyetik alanın dışına doğru itilir.

• Oluşan bu kuvvet endüvinin(rotorun) dönmesini sağlar.

Özellikleri:

• Üniversal motorların devirleri D.A seri motorlarında olduğu gibi yükle değişir.

• Boştaki devir sayıları çok yüksektir.

• devirleri 15000-20000 d/d ’ya kadar çıkar.

• Boşta devir sayısını sınırlayan sürtünme ve vantilasyonkayıplarıdır.

• Yük altında çalışan seri motorun devir sayısı motora uygulanan gerilimi değiştirerek ayarlanır.

•

Devir Yönünün Değiştirilmesi

• Bir üniversal motorun endüvisargı uçlarını

• veya kutup sargı uçlarından herhangi birini değiştirerek

• devir yönü değiştirilebilir.

• Ya akım yönünü yada manyetik alan yönünü değiştirmeliyiz.

• İkisi aynı anda değil ya onu ya onu.

Üniversal Motorun Hız Kontrolü

• Seri motorun devir sayısı motora uygulanan gerilimi değiştirerek ayarlanır.

• Triyakın tetikleme açısı ayarlanıp

• A2-A1 arasından geçen akım

• yani motor üzerinden geçen akım ayar edilirse

• devir ayarı yapılır.

U1TRIAC

+88.8 R11k

50%

RV1100k

C1100uF

D1

DIAC

220V

50Hz

seri motor hız kontrol devresi

Üniversal Motorların Kullanıldıkları Yerler

• Blender, mikser,elektriklisüpürge motoru

• ve potansiyometre ile devir ayarı yapılabilen çoğu elektrikli aletlerin motoru

• Üniversal motordur.

SENKRON MOTOR NEDİR?

• Stator sargılarında alternatif akım,

• Rotor sargılarında ise doğru akım bulunan

• Rotoru senkron devirle dönen motorlara SENKRON MOTOR denir.

• Bir asenkron motora gerilim uygulandığındamotor hemen dönmeye başlar.

• Senkron motorun dönebilmesi için ise;

• rotor hızının yardımcı birdüzenekle senkron hız değerine ulaştırılması gerekir.

Devir/dakika veya rpm

• 𝑛 =120𝑓

2𝑝

𝑑𝑒𝑣𝑖𝑟 𝑠𝑎𝑦𝚤𝑠𝚤 =120∗𝑓𝑟𝑒𝑘𝑎𝑛𝑠

𝑘𝑢𝑡𝑢𝑝 𝑠𝑎𝑦𝚤𝑠𝚤

Senkron Makinalar

• Senkron makina frekans ve kutup sayısıyla orantılı olarak

• sabit bir hızda çalışan alternatif akım makinasıdır.

• Hem generatör olarak mekanik enerjiyi elektrik enerjisine,

• hem de motor olarak elektrik enerjisini mekanik enerjiye çevirir.

• endüstride motor olarak kullanılma olanakları sınırlıdır.

• Çoğunlukla elektrik enerjisi üretiminde,

• büyük enerji üretim merkezlerinde yani santrallarda generatör olarak kullanılır.

• 2000 MVA güçlere kadar imal edilebilmektedir.

meydana gelen kutuplanma

• Senkron motorlarda kutup sargılarına uygulanan gerilim doğru gerilimolduğundan, meydana gelen kutuplanmaN S N S şeklinde çalışma süresiboyunca değişim göstermeyen bir kutuplanmadır.

• Stator sargılarına üç fazlıemk uygulandığında döner alan meydana gelecek ve bir an statorda N-S-N-Skutuplanması oluşacaktır.

• Bu anda kutup sargılarındaki zıt kutuplarla döner alan kutupları birbirini çekecek ve rotor dönmek isteyecektir.

• Rotor henüz hareket etmeden statordaki kutuplar yer değiştirerek kutup sargılarındaki aynı isimli kutuplar karşı karşıya gelecektir.

• Bu seferde aynı adlı kutuplar birbirini iter kuralınca rotor itme ve çekme kuvvetlerinin etkisinde kalacaktır.

• Rotor ve stator kutupları arasındaki karşılıklı itme ve çekme kuvvetlerinin sonucu bileşke moment sıfır olacak ve rotor dönemeyecektir.

Şayet rotora; yardımcı bir sistemle yol verir,

• rotor hızınısenkron hız değerine yakın bir hıza ulaştırırsak rotorun sabit kutupları, döner alanın kutupları ile rahatça kilitlenir.

• Asenkron motorlar için büyük bir önem taşıyan kaymadan senkron motorlarda söz edilemez.

• Bu yüzden motor ister boşta ister yükte çalışsın, devir sayısında hiçbir değişiklik olmaz.

• Senkron motorlar bu özellikleriyle gemilerde pervanelerindöndürülmesinde, kağıt ve tekstil makinelerinde kullanılır.

Alternatörler de senkron motor olarak çalışır.

• Doğru akım makineleri hem dinamo hem motor olarak nasıl çalışıyorlarsa vearalarında yapı bakımından bir fark yoksa,

• Alternatörler de senkron motor olarak çalışır.

• Paralel çalışmakta olan iki alternatörden birisinin milinden uygulanan mekanik enerji kesilirse,

• alternatör bu sefer senkron motor olarak çalışmasına devam eder

• ve kayıplarını karşılayacak kadar diğer alternatörden güç çeker.

Senkron makinalar

• Sabit duran kısım stator ve hareketli kısım rotor olmak üzere iki kısımdan oluşur.

• Stator sac paketlerinden yapılmış olup iç kısmına sargıların yerleştirilmesi için oluklar açılmıştır.

• Senkron makinalar uyarma sargılarını taşıyan rotorun yapısına göre iki gruba ayrılır. Bunlar;

• Yuvarlak Rotorlu (turbo) Senkron Makinalar

• Ve Çıkık Kutuplu Senkron Makinalardır.

Yuvarlak rotorlu senkron generatörler

• kutup sayısı küçük ve yüksek senkron devir sayısı için imal edilmekte

• yüksek devirli buhar türbinlerinde kullanılmaktadır.

Çıkık kutuplu senkron generatörler

• Genellikle çok kutuplu olarak ve düşük senkron devir sayısı için imal edilmektedir.

• Hidro-elektrik santrallerde elektrik üretimi için çıkık kutuplu senkron makinalar kullanılır.

Adım (step) motorlar

• Adım (Step) motorları adından da anlaşılacağı gibi Adım Adım hareket eden

• yani sargılarından birinin enerjilenmesi ile

• sadece 1 Adım hareket eden motorlardır.

• Bu Adımın kaç derece olacağı motorun tasarımına bağlıdır.

• Adım motor, elektrik enerjisini dönme hareketine çeviren elektro-mekanik bir cihazdır. Elektrik enerjisi alındığında rotor ve buna bağlı şaft, sabit açısalbirimlerde Eşit adımlarla dönmeye başlar.

Örnek olarak;

• 400 Adımlık (steplik) bir motor bir tam dönüşünü 400 Adımda gerçekleştirir.

• Yani her bir adımda kat ettiği açı 360/400 = 0.9 derecedir.

• Bu değer, Adım motorun hassasiyetinin bir göstergesidir.

• Bir devirdeki Adım sayısı yükseldikçe , Adım motor hassasiyeti ve dolayısı ile maliyeti artar.

• Step motorlar, yarım Adım modunda çalıştıklarında hassasiyetleri daha da artar.

• Örnek olarak 400 Adım/tur değerindeki bir Adım motor, yarım Adım modunda tur başına 800 Adım yapar.

• Bu da 0.9 dereceye oranla daha hassas olan 0.45 derece anlamına gelir.

Adım (step) motor

Bir Adım (Step) motor;

• stator, rotor, bunları kapatan bir dış zarf, rotora bağlı şaftın rahat hareket etmesini sağlayan rulmanlardan oluşmuştur.

• Step motor statorunun birçok kutbu (genellikle sekiz) vardır. Bunların polaritesi elektronik anahtarlar yardımıyla değiştirilir.

• Rotorun mıknatıslığı ise genellikle sabit mıknatıs ile oluşturulur.

• (veya dış uyartım yöntemleri ile oluşturulur)

Adım (Step) motorlar

• Adım motorlar robot teknolojisinde sıkça kullanım alanı bulmuştur.

• Ayrıca maliyetinin düşük olması diğer motorlara (servo) karşı bir üstünlüğüdür.

• Adım motoru sürekli hareket ettirmek istersek sargılara sırasıyla enerji vermeliyiz.

• Bir sargıya enerji verdiğimizde

• (yani o sargı elektromıknatıs olunca)

• rotor sargının karşısına gelerek durur.

• Diğer sargıya enerji verinceye kadar burada kilitlenir.

Step motorlar fırçasız doğru akım motorlarıdır.

• Fırçasız motorlar fırçalı motorlara göre daha uzun ömürlüdürler.

• Step motorlar geri beslemeye gerek duymadan hız ve pozisyon kontrolünde hata vermeden çalışırlar.

• Step motor kullanarak yapılacak bir uygulamada öncelikle bilinmesi gereken step motorun her tam adımda döneceği derece miktarıdır.

• Step motor üzerinde adım derecesi yazılı değil ise step motor dikkatlice el ile döndürülerek adım sayısı sayılabilir.

• Adım sayısı bilindiğinde360 ° adım sayısına bölünerek adım derecesi bulunur.

• Örneğin 20 adımlı bir step motor 360 ° lik tam bir dönüşünü 18 ° likadımlarla yapar.

Step motora gönderilen akım darbeleri belli bir sıraya uygun olmalıdır.

• Step motor kontrolü sırasında akım darbeleri ne kadar sıklıkla verilirse step motorun hızı o kadar artmış olur.

• Step motor her akım darbesinde motorun yapısı ve frekans değeriyle orantılı olan belli bir açı kadar hareket eder.

• Step motora gönderilen akım darbeleri belli bir sıraya uygun olmalıdır.

• Bu sıra içerisinde sonraki darbe gönderilmeyip bir önce gönderilen darbe uygulamada bırakıldığında step motor frenlenmiş olur.

Step motorun hareketini sağlamak ve kablo sıralamasını bulabilme:

• Step motorlarda dört adet bobinden çıkan 4 ayrı uç ve bir de ortak uç olmak üzere 5 adet uç bulunur.

• Ortak ucun hangisi olduğunu bulmak için ohmmetre ile ölçüm yapılır.

Ortak ucun belirlenmesi

• 5 kablolu step motorlarda 1 adet,6 kablolu step motorlarda ise 2 adet kablo ortak uçtur.

• Ve bunlar kaynağın pozitif (+)kutbuna bağlanırlar.

• (+5VDC,+12VDC)

• Örnek olarak sarı-kırmızı arasında 117 ohm,gri-kırmızı arasında 117 ohm,

• gri-sarı arasında 234 ohm ölçüm alınmış olsun.

• Ortak ucun kırmızı olduğu tesbitedilir.

Kablo ve adım sıralaması

• Step motorun diğer uçlarına teker teker şase uygulanır.

• Örneğin 1 numaralı bobin ucuna şase uygulanır.

• Sonra diğer bir bobin ucuna şase uygulanır. Eğer dönme yok ise bu uç 3 nolu uçtur.

• Eğer saat ibresi yönünde hareket var ise bu 2 nolu bobin,

• Eğer CCW saat ibresinin tersine hareket var ise bu 4 nolu bobin ucudur.

• CW yönünde hareket için 1-2-3-4

• CCW yönünde hareket için de

• 4-3-2-1 şeklinde sıralama yapılır.

ADIM MOTORUN SÜRÜLMESİ

• Step motorlar direkt mikrodenetleyici çıkışından çalıştırılamazlar,

• çıkışların yükseltilmesi için transistör ya da özel step motor sürücü entegrelerin kullanılması gerekir.

• Ortak uca motorun çalışma gerilimi uygulanır ve diğer 4 uç da transistör ya da sürücü entegresi gibi anahtarlama elemanlarına bağlanır.

• Bu 4 ucun bağlantısı doğru olduğunda motor döner, yanlış olduğunda ise motor titreme yapar.

L293 entegresi

Step motorun L293D ile sürülmesi

Step motorun ULN2003 ile sürülmesi

ULN 2003 birbirinden bağımsız 7 adet darlingtonNPN transistör ve katodları ortak bağlı koruma diyotlarından oluşur

Step motorların özellikleri

• Hata yalnız Adım hatasıdır.

• Motor bakımı kolaydır.

• Tasarım maliyeti ucuzdur.

• Otomatik kilitleme özelliğine sahiptir.

• Yüke yeterli momenti sağlar.

• Isınma zararları en azdır.

• Mikrobilgisayarlar ile kolayca kontrol edilebilir.

• Kullanım ömrü uzundur.

• Adım motorların kullanıldığı yerler;

• bant sürücüleri, imalat tezgâhları,

• yazıcılar, teyp sürücüleri, tıbbi cihazlar,

• dikiş makineleri, taksimetreler, kart okuyucular vb. olarak sayılabilir.

Step motor Sürücü Devreleri

• ÖRNEĞİN: 555 Osilatör Entegresi ve 4017 Sayıcı Entegresi İle Yapılan Sürücü Devresi

• Bu devrede 555 osilatör olarak kullanılmıştır. P1 potansiyometresi yardımıyla üretilen sinyalin frekansı değiştirilmekte bu da 4017’nin

• çıkışlarındaki sayma sürelerini değiştirmektedir. 4017 gelen saat sinyalinin hızına göre çıkışlarını sırasıyla değiştirir. Çıkışlara bağlı olan transistörleriletime geçerek sargılara enerjiyi vermiş olurlar. Çıkışlar sırasıyla iletime geçeceği için Adım motor saat sinyali geldiği müddetçe dönecektir.

Step motor Sürücü Devreleri

Unipolar step motor sürülmesi üç farklı şekilde olabilir.

Wave Drive Dalgalı sürüş

• Bu modda o anda sadece bir stator bobini elektromıknatıs olur.

• Tam adım sürüşüyle aynı adım sayısına sahiptir fakat torkoldukça azalır.

• Bu sürüş modu güç harcamasının önemli olduğu durumlarda nadiren kullanılır.

• Dalgalı sürüşte adım sıralaması

Step A B C D

1 1 0 0 0

2 0 1 0 0

3 0 0 1 0

4 0 0 0 1

Dalgalı sürüş için MikroC kodları

• void main()

•

• ansel=0;

• anselh=0;

• trisd=0;

• portd=0x0F;

• do

•

• portd=0x01;

• delay_ms(500);

• portd=0x02;

• delay_ms(500);

• portd=0x04;

• delay_ms(500);

• portd=0x08;

• delay_ms(500);

•

• while(1);

•

Full Drive Tam adım sürüşü

• Bu modda aynı anda iki stator bobini enerjilenir yani elektromıknatıs olur.

• Motor tam tork gücündedir.

• Olması muhtemel çalışma modudur.

• 1100

• 0110

• 0011

• 1001 şeklinde enerji uygulanırsa sağa doğru döner.

• 1001

• 0011

• 0110

• 1100 şeklinde akım uygulanırsa diğer yöne döner.

Step A B C D

1 1 1 0 0

2 0 1 1 0

3 0 0 1 1

4 1 0 0 1

Tamadım sürüş adım sıralaması

Tamadım sürüş için mikroC kodları

• void main()

•

• trisd=0;

• portd=0x0F;

• do

•

• portd=0x0C; //1100

• delay_ms(500);

• portd=0x06; //0110

• delay_ms(500);

• portd=0x03; //0011

• delay_ms(500);

• portd=0x09;

• delay_ms(500); //1001

•

• while(1);

•

Half Drive (yarım adım modu)

• Bu adımlama modunda aynı anda bir tek ve bir çift bobin enerjilenir.

• Adımlama açısı yarıya iner.

• Elde edilen döndürme momenti(tork) %70’e düşer.

• Önceden 4 adımda gidilen mesafe şimdi 8 yarım adımla alınır.

• 1000

• 1100

• 0100

• 0110

• 0010

• 0011

• 0001

• 1001

• şeklinde enerji uygulanırsa bir yöne döner.

• Sıralama tersten yapılırsa diğer istikamette döner.

Step A B C D

1 1 0 0 0

2 1 1 0 0

3 0 1 0 0

4 0 1 1 0

5 0 0 1 0

6 0 0 1 1

7 0 0 0 1

8 1 0 0 1

yarım adımlamanın adım sırası

Halfstep için mikroC kodları

• trisd=0;

• portd=0x0F;

• do

•

• portd=0x01;

• delay_ms(100);

• portd=0x03;

• delay_ms(100);

• portd=0x02;

• delay_ms(100);

• portd=0x06;

• delay_ms(100);

• portd=0x04;

• delay_ms(100);

• portd=0x0C;

• delay_ms(100);

• portd=0x08;

• delay_ms(100);

• portd=0x09;

• delay_ms(100);

•

• while(1);

•

Bipolar step motorlar

• Bu modellerde iki bobin mevcut.• Diğer yönde hareket için stator

sargıdan geçen akım yönü değiştirilir.

• Bunun yapılması için H köprüsü kullanılmalı yani L293D motor sürücüsü.

• Unipolar ile bipolar motorları ayırt etmek için bobin dirençleri ölçülmeli.

• Bipolar motorlarda 2 eşit direnç değeri ölçülür.

http://www.electrosome.com/wp-content/uploads/2012/06/Bipolar-Stepper-Motor-Windings.png

http://www.electrosome.com/wp-content/uploads/2012/06/Bipolar-Stepper-Motor-Windings.png

Bipolar step motorun sürülmesi

Bipolar step sürülmesi için mikroC kodları

• void main()

•

• ansel=0;

• anselh=0;

• trisd=0;

• portd=0x0F;

• do

•

• portd=0x01; //0001

• delay_ms(500);

• portd=0x04; //0100

• delay_ms(500);

• portd=0x02; //0010

• delay_ms(500);

• portd=0x08; //1000

• delay_ms(500);

•

• while(1); //endless loop sonsuz döngü

•

Butonlu tamadım yarımadım ileri geri mikroCkodları• void main()

•

• adcon1=0x0F;

• cmcon=0x07;

• trisb=0; //output motor burda

• portb=0x00;

• trisd=1; //input butonlar burda

• portd=0x0F;

• do

•

• if(button(&PORTD,0,1,0))

•

• do

•

• portb=0x0C; //1100

• delay_ms(500);

• portb=0x06; //0110

• delay_ms(500);

• portb=0x03; //0011

• delay_ms(500);

• portb=0x09;

• delay_ms(500); //1001

•

• while(1);

Butonlu tamadım yarımadım ileri geri mikroCkodları• • if(button(&PORTD,1,1,0))• • do• • portb=0x09; //1001• delay_ms(500);• portb=0x03; //0011• delay_ms(500);• portb=0x06; //0110

• delay_ms(500);• portb=0x0C;• delay_ms(500); //1100• • while(1);• • if(button(&PORTD,2,1,0))• • do•

Butonlu tamadım yarımadım ileri geri mikroCkodları• portb=0x08; //1000

• delay_ms(500);

• portb=0x0C; //1100

• delay_ms(500);

• portb=0x04; //0100

• delay_ms(500);

• portb=0x06; //0110

• delay_ms(500);

• portb=0x02; //0010

• delay_ms(500);

• portb=0x03; //0011

• delay_ms(500);

• portb=0x01; //0001

• delay_ms(500);

• portb=0x09;

• delay_ms(500); //1001

•

• while(1);

•

Butonlu tamadım yarımadım ileri geri mikroCkodları• if(button(&PORTD,3,1,0))

•

• do

•

• portb=0x09; //1001

• delay_ms(500);

• portb=0x01; //0001

• delay_ms(500);

• portb=0x03; //0011

• delay_ms(500);

• portb=0x02; //0010

• delay_ms(500);

• portb=0x06; //0110

• delay_ms(500);

• portb=0x04; //0100

• delay_ms(500);

• portb=0x0C; //1100

• delay_ms(500);

• portb=0x08;

• delay_ms(500); //1000

•

• while(1);

•

•

• while(1);

•

BİPOLAR STEP MOTOR İLERİ GERİ BUTONLU

• void main()

•

• adcon1=0x0F;

• cmcon=0x07;

• trisb=0x00; //output motor burada

• portb=0x0F;

• trisd=1; //input butonlar burada

• portd=0x0F;

• do

•

• if(button(&PORTD,1,1,0))

•

• do

•

• portb=0x01;

• delay_ms(500);

• portb=0x04;

• delay_ms(500);

• portb=0x02;

• delay_ms(500);

• portb=0x08;

• delay_ms(500);

•

• while(1);

BİPOLAR STEP MOTOR İLERİ GERİ BUTONLU

• • if(button(&PORTD,2,1,0))• • do• • portb=0x08;• delay_ms(500);• portb=0x02;• delay_ms(500);• portb=0x04;

• delay_ms(500);• portb=0x01;• delay_ms(500);• • while(1);• • • while(1);

•

Servus Latince kökenli,köle anlamına gelmektedir.

• Servo Mekanizma istenilen gösterge değerlerine göre hareket eden bir kontrolmekanizmasıdır.

• yüksek kararlılıkta çalışabilmek için çalışma şartlarını kendi kendine kontrol eden bir mekanizmaya sahiptir.

Servo motor, iç yapısında

• bir potansiyometre

• veya encoder

• ve motor milinin (şaft) konumunu ölçen bir kontrol devresi bulunur.

• Ayrıca servo motor 3 bağlantı ucuna sahiptir. bunlardan ikisi motoru çalıştırırken diğer ucu ise sistemin giriş birimine motor şaftının konumunu bildirir.

• Servo motor sürücü devresi, kodlanmış sinyalleri motor mekanizmasına göndererek motorun şaftına açısal pozisyonda döndürme kabiliyeti kazandıran elektronik bir amplifikatör türüdür.

-90 derece ve +90 derece arasında hareket eder

• DC servo motorlar, -90 derece ve +90 derece arasında olmak üzere 180 derecelik bir açıda hareket edebilme kapasitesine sahiptir.

• DC servo motorun, çıkış dişlisinin mili mekanik olarak kısıtlaması sebebiyle daha büyük bir açı ile hareket ettirilemez.

• Motora yazılımsal olarak dönme miktarı ise PWM modülü ile belirlenir. PWM modülü, kare dalgalardan oluşur. Kare dalga 1 konumunda iken motora güç gider. 0 konumuna geldiğinde ise motora güç gitmez. Servomotorlarda açısal hareketin gerçekleşmesi için bir kare dalga 20 mili saniyeden oluşan palseşeklinde gönderilmesi gerekir aksi taktirde çalışmaz.

Servo Motorlar kontrol edilebilirlik mantığına göre üretilmişlerdir.

• Servo Motorlar yapısal olarak Adım Motorlarla, DA Motorlarının yapısal özelliklerini andırır.

• Adım motorun adımlama yöntemini

• DA motorununda döndürme yöntemini çağrıştırır.

• Ancak sargıları çok daha geliştirilmiş ve hassas konumlandırılmıştır.

Servo motorlar

• Servo , herhangi bir mekanizmanın işleyişini hatayı algılayarak bir geri besleme düzeneğinin yardımıyla denetleyen ve hatayı gideren otomatik aygıttır.

• Robot teknolojisinde en çok kullanılan motor çeşididir. Bu sistemler mekanik olabileceği gibi elektronik, hidrolik-pnömatik veya başka alanlarda da kullanılabilmektedir.

• Servo motorlarda mekanikselkonum, hız veya ivme gibi parametreler kontrol edilir.

• Servo motor içerisinde herhangi bir motor AC, DC veya Step motor bulunur.

• Sürücü ve kontrol devresini de içerisinde barındırır.

STATOR

• Stator, makinenin duran kısmıdır. Stator saclar ve sargılardanoluşur.

• Saclar, asenkron veya senkron motorlarda olduğu gibibirer yüzeyi silisli olup üzerlerine stator oyukları açılır.

• Biçimlendirilen stator sacları sıkıştırılarak perçinlenirveya somunla sabitlenir.

Rotor

• Rotor demir-nikel-kobalt yani ferro manyetik yani mıknatıslanabilir malzemeden yapılır.

• Motorun uyartım akısı rotora yerleştirilen kalıcı mıknatıslar tarafından sağlanmaktadır.

• Kalıcı mıknatıs malzemelerin kalıcı yüksek mıknatısiyetesahip olmasını sağlar.

Yatak Gövde

• Gövde makineninbütün esas elemanlarını içerisinde barındırır.

• Yatak gövdeler kapalı veya havalandırmalı olabilir.

• Yatak gövde makine ısısını kolaylıkla iletecek,rotor yataklarına destek verecek yük ve bağlantılarına uygun olacak özellikte

• (alüminyum gibi) olmalıdır.

3 Fazlı asenkron motor

• son yıllarda yüksek-güç sistem uygulamalarında üç-fazasenkron motorun servo motor olarak kullanımı üzerine yapılan araştırmalar başarıyaulaşmış ve

• 3 Fazlı asenkron motor yüksek-güç uygulamalarında hızlı bir şekilde yerini almaya başlamıştır.

• Son yirmi yıldaki çalışmalar,

• 3 Fazlı asenkron motorun yabancı uyartımlı DA motoru gibikontrol edileceğini göstermiştir.

Servo Motorların Kullanıldığı Yerler

• Servo motor birkaç “Watt”anbirkaç yüz “Watt”a kadar olabilir.

• Bu motorlar daha küçükçaplı ve daha uzundur.

• Servo motor normal olarak düşük veya sıfır hızda çalışır,

• bundan dolayı moment veya güç değerleri aynı olan klasik motorlara göre boyutları daha büyüktür.

• Hassas devir sayısı ayarı yapılabilir, ayrıca devir sayıcı gerekmez.

• Servo motorların kullanım alanı çok geniştir.

• Servo motorlar robotlar, radarlar, nümerik kontrollü makinelerde (CNC), yüksek hızlı çip yerleştiricilerinde, tıbbi cihazlarda, anten sürücüleri vb. yerlerde kullanılır.

Servo motor etiket değerleri

• Akım:Burada akım ile kastedilen servomotorun bir yüke maksimum tork uyguladığında çektiği akımdır. DC motorlarda olduğu gibi bu akım değeri yüke göre değişir. Genellikle servomotorların maksimum akım aralığı 100 mA ile 2 A arasıdır.

• Kararlılık:Kararlılık, bir komut sinyali algılandığında servo motorun şaftının pozisyonunun istenilen açıya göre kesinliğidir.

• Genellikle servo motorların kararlılık aralığı 1 ° ile 10 °arasındadır.

Standart servo motorların 3 kablosu vardır.

Bunlardan biri power (4 V ile 6 V arasında), biri toprak, diğeri ise kontrol girişi içindir.

Kabloların renkleri ise genellikle poweriçin kırmızı, toprak için siyah ve kontrol için beyazdır.

Servo motorların boyutları ve şekilleri planlanan uygulamaya bağlıdır. Yandaki resimdeki servo motor ve benzerleri robotikte sık kullanılan servo motor tipleridir. Bunlar düşük güçte çalışabilir,

Opamp ve sinyal karşılaştırması

• Bir DC motor yüksek redüksiyon oranına sahip bir dişli kutusunu hareket ettirir. Sondaki şaft daha yavaş dönerek dönme ekseni üzerindeki potansiyometreyi de çevirir.

• Potansiyometre geri besleme yaparak servo motorun pozisyon algılanmasını sağlar.

• Potansiyometre algılanan pozisyona karşılık gelen voltajı, voltaj karşılaştırıcısı olarak kullanılan opampa gönderir.

• Bu voltaj değerinin, şaftın istenilen pozisyonunu belirleyen giriş voltajı ile karşılaştırılması ile karşılaştırıcının çıkış voltajı belirlenir.

Opamplı karşılaştırıcı devresi örneği

Opamplı karşılaştırıcı çalışma prensibi

• Devrede fototransistöre gelen ışık, bu elemanı iletim-kesim yaparak 10 kΩ’luk R1 direncinde bir gerilim oluşmasına neden olur. R1 üzerinde oluşan gerilim kıyaslayıcı olarak çalışan op-amptarafından karşılaştırılır.

• Op-ampın çıkışındaki gerilim zener diyot tarafından 5,1 V’tasabit tutulur.

• Pervanenin dönüş sayısı arttıkça op-ampın çıkışında oluşan kare dalganın frekansı da artar.

• Bu sinyal osilaskopta gözetlenir.

kodlanmış sinyal-Kontrol Palsi:

• Bir servo motorun şaftının pozisyonunu kontrol etmenin bir diğer yolu kodlanmış sinyal kullanmaktır. Bu metot uzaktan kumandalı uygulamalarda sıklıkla kullanılır.

• Servonun kontrol girişine 18 msperiyotlu palslardan oluşan bir sinyal gönderilir.

• Palsın süresi servo motorun şaftının pozisyonunu belirler.

• Eğer pals (pulse) 1 ms uzunlukta ise servo motor 90 ° sola, 2 msuzunlukta ise 90 ° sağa hareket eder.

• Bazı servo motorların palsuzunluğu aralığı 1,25 ms ile 1,75 ms arasındadır. Bu durumda palsuzunluğu 1,5 ms iken servomotor şaftı ortadadır. Palsuzunluğu 1,25 ms iken 90 ° sola, 1,75 ms iken ise 90 ° sağa hareket eder.

°

1-2 ms Servo Motorların

Pals Sürelerine Göre Açıları

1,25-1,75 ms Servo Motorların

Pals Sürelerine Göre Açıları

Süre (ms) Açı (derece) Süre (ms) Açı (derece)

1,0 -90 1,25 -90

1,1 -72 1,30 -72

1,2 -54 1,35 -54

1,25 -45 1,40 -36

1,3 -36 1,45 -18

1,4 -18 1,50 0

1,5 0 1,55 18

1,6 18 1,60 36

1,7 36 1,65 54

1,75 45 1,70 72

1,8 54 1,75 90

1,9 72

2,0 90

Robot Kolları için en ideal Elektromekanik Sistem:Servo Motorlar

Soğutucu fan

• Eski tip motorlarda doğrudan motor şaftına bağlanmış bir motor fanı bulunur.

• Motor düşük hızda çalışırken fan, motoru soğutmak için yeterli havayı hareket ettiremez.

• Daha yeni motorlarda ayrı bir fan monte edilmiştir.

• Bu fan, ideal soğutucu havayı sağlar.Bu fan sabit bir gerilim kaynağıyla güçlendirilmiştir.

• Böylelikle servo motorun hızından bağımsızolarak her zaman döner.

Servo Motorlar ve Kontrolü

• Bir Servo Motor biri besleme ( +VCC ) ,

• diğeri toprak ( Ground ),

• diğeri de bilgi girişi ( Data In, SGN )

• olmak üzere üç adet giriş ( Input ) birimi içerir.

• Bu besleme ve toprak girişleri kaynağa bağlanırken,

• Bilgi girişi bir çeşit Zamanlayıcı Dalga Üretim birimine bağlanır.

• Kare Dalga üreten dalga üreteci, Motora belirli zaman aralıklarında Darbe ( PULSE ) üretirler.

• Bu darbelerin sıklığına göre Motor hızlı çalışırken,

• geniş periyotlu darbelerde yavaş çalışırlar.

R/C Servo Motor

• R/C Servo Motor dediğimiz şey dc akımla çalışan ve istenilen açı aralığında dönen motorlardır. R/C , RadioControlled anlamına gelir. Servomotorlar DC Motorların temel mantığını kullanırlar. Fakat buna karşın elektronik pozisyon kontrol devresi ve elektronik şaft gibi ekstra bileşenleri vardır.

• Servo motor şaftın kaç derece ve hangi hızda döndüğünü algılar ve girişe bunu geri besleme olarak verir. Motorun pozisyonunu algılamak için rotora takılı bir potansiyometre bulunur. Bu potansiyometreden gelen analog değer ile inputtaki sinyal karşılaştırılır ve output olarak motorun yeni pozisyonu kontrol edilir.

R/C Servo Motor

• R/C servo motorun pozisyonunu kontrol etmek için PWM sinyali kullanılır. Motorun inputunagelen PWM sinyalinin görev çevrimine(duty cycle) göre motor, pozisyon değiştirir. R/C Servo Motorlarda pozisyon açısalderece esasına göre kontrol edilir.

• Pozisyon kontrol devresi PWM sinyalinin görev çevrimine göre döneceği dereceyi hesaplar. PWM sinyalinin çevrim süresi aynı kaldığı müddetçe motor pozisyon değiştirmez.

• Yalnız önemli olan nokta şudur ki; servo motorda dönmenin gerçekleşebilmesi için PWM siyalinin frekansı 50 Hz olmalıdır. Yani kontrol sinyalinin periodu20 ms olmalıdır. -

Servo motorun 555 ile sürülmesi

• Motorun darbe üretici birimi Nano Saniye ( saniyenin milyarda biri) mertebelerinde çalışabilirler.

• Bu da çok hassas bir konum ve hız kontrolü demektir.

• Örnek olarak aşağıdaki devrede Kare Dalga Üreteci 555 kullanılmıştır.

• Burada P1 ile gösterilen Ayarlı Direnç ( Potansiyometre ) üretilen darbelerin sık ya da seyrek olmasını sağlamaktadır.

R4

DC7

Q3

GN

D1

VC

C8

TR2

TH6

CV5

U1

555

R1220R

R315k

R4

10k

R510k

C1100nF

C2100nF

BAT16V

73%

RV1

10k

Q1BD135

+88.8

A

B

C

D

Servo motorun 555 ile sürülmesi

Potansiyometre üretilen darbelerin sık ya da seyrek olmasını sağlar

R4

DC7

Q3

GN

D1

VC

C8

TR2

TH6

CV5

U1

555

Q1BC547

+88.8

R1

68k

R2

10k

R3

1k

R447k

R5

33k

C1100nF

R4(1)

5VDC

enkoderler

ENCODERLER (ŞAFT POZİSYON ALGILAYICI)

• Encoderler robot ve otomasyon projelerinde

• açısal dönme hızını ve düzeneğin açısal pozisyonunu belirlemek amacıyla kullanılır.

• Encoder diskinin üzerinde belirli aralıkla delikler vardır. Encoder diski dönerken IR LEDin yaydığı ışık deliklerden geçer ve karşı taraftaki fototransistörü tetikler.

ENCODERLER

• Delik olmayan kısımlarda ise IR ışık fototransistörü tetikleyemez.

• Bu şekilde alınan sinyaller sayılabilir ve mikrodenetleyiciyegönderilebilir.

• Mikrodenetleyicide yazılı program ile sinyaller işlenerek gerekli işlemlerin gerçekleştirilmesi sağlanır.

Alan Etkili Sensör (Hall effect sensör)

Alan Etkili Sensör (Hall effect sensör)

• Alan etkili sensörler, manyetik alanın varlığını algılar.

• Herhangi bir manyetik alan olmadığı durumda bir potansiyel fark yoktur.

• Hall gerilimi 30 mV değerinde bir gerilim olduğundan bir yükselteç ile yükseltilmelidir.

• Bazı Hall sensörler tek çıkışlı olarak imal edilirken bazı sensörler iki çıkışlı yapılır.

• Tek çıkışlı Hall sensörü motor dönerken N kutbundan S kutbuna geçişi algıladığında sinyal verir.

• Diğeri S kutbundan N kutbuna geçişinde de sinyal verir.

Hall etkisi

• Hall etkisi switch:

• Hall sensörü ön yüzüne mıknatısın S kutbunun veya arka yüzüne mıknatısın N kutbunun yaklaşmasıyla birlikte ON konumuna gelecektir.

• Mıknatıs ortamdan uzaklaştığında ise OFF konumuna gelecektir.

•

• Hall etkisi latch anahtarı:

• Hall etkisi anahtar (latch) devresinde sensör bir kez ON olduktan sonra, mıknatıs ortamdan uzaklaştırılsa dahi ON konumunda kalmaya devam edecektir.

• Mıknatısın ters kutbu yaklaştırıldığında OFF konumuna geçecektir.

Tako generator

takogeneratör

• Genelde 10 V/ 1000 rpm gibideğer yazar.

• Bu şu demektir 1000 devirle dönen mile bağlı takojeneratör10 V üretir.

• Yada devir başına 0,01 V

• =10mVeder.

• Takogeneratör voltajın polaritesi değişeceğinden ilerimi yoksa gerimi döndüğünü de gösterir.

• Elektrik motorlarının hız ölçümlerinde,

• Dönen makine parçalarının hız ölçümlerinde kullanılır.

• Yani;üretilen voltaj yerine rpmdevir taksimatı yapılır.

N kanal mosfet çıkışı

• Mosfet çıkışı ile mikrodenetleyiciçıkışı aynı fazlıdır.

• Mosfet kapı girişine lojik-1 seviyeli sinyal geldiğinde mosfetiletime geçer.

• Mosfet sayesinde servo motor kendisi için gereken akımı gerilim kaynağından çeker.

Servo motorun değişik açılarda döndürülmesi

RA0/AN02

RA1/AN13

RA2/AN2/VREF-/CVREF4

RA4/T0CKI/C1OUT6

RA5/AN4/SS/C2OUT7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP216

RC2/CCP117

RC3/SCK/SCL18

RD0/PSP019

RD1/PSP120

RB7/PGD40

RB6/PGC39

RB538

RB437

RB3/PGM36

RB235

RB134

RB0/INT33

RD7/PSP730

RD6/PSP629

RD5/PSP528

RD4/PSP427

RD3/PSP322

RD2/PSP221

RC7/RX/DT26

RC6/TX/CK25

RC5/SDO24

RC4/SDI/SDA23

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F877A

+88.8B15V

X1

CRYSTAL

C122pF

C222pF

Q1IRF640

R11k

R23.3k

R3

10k

RESET

5VDC

SERVO

SERVO MOTOR KONTROLU

Servo motorun değişik açılarda döndürülmesi• void main()

•

• int i;

• portd=0x00;

• trisd=0x00;

• while(1)

•

• //move CCW saat tersi

• for(i=1;i<=50;i++)

•

• portd=(1<<RD7); //output high

• delay_us(1400); //-18 derece icin

• portd=(0<<RD7); //output low

• delay_ms(20);

•

• //move CW saat yonu

• for(i=1;i<=50;i++)

•

• portd=(1<<RD7);

• delay_us(1600);

• portd=(0<<RD7); //+18 derece donsun

• delay_ms(20);

•

Servo motorun değişik açılarda döndürülmesi

• //move CCW saat yonu• for(i=1;i<=50;i++)• • portd=(1<<RD7);• delay_us(1200);• portd=(0<<RD7); //-54 der donsun• delay_ms(20);•

• //move CW saat yonu• for(i=1;i<=50;i++)• • portd=(1<<RD7);• delay_us(1800);• portd=(0<<RD7); //+54 derece

donsun• delay_ms(20);• • •

Servonun ileri geri hareketi

RA0/AN02

RA1/AN13

RA2/AN2/VREF-/CVREF4

RA4/T0CKI/C1OUT6

RA5/AN4/SS/C2OUT7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP216

RC2/CCP117

RC3/SCK/SCL18

RD0/PSP019

RD1/PSP120

RB7/PGD40

RB6/PGC39

RB538

RB437

RB3/PGM36

RB235

RB134

RB0/INT33

RD7/PSP730

RD6/PSP629

RD5/PSP528

RD4/PSP427

RD3/PSP322

RD2/PSP221

RC7/RX/DT26

RC6/TX/CK25

RC5/SDO24

RC4/SDI/SDA23

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F877A

+88.8B15V

X1

CRYSTAL

C122pF

C222pF

Q1IRF640

R11k

R23.3k

R3

10k

RESET

5VDC

SERVO

SERVO MOTOR KONTROLU

Servonun ileri geri hareketi

• void main()

•

• int i;

• portd=0x00;

• trisd=0x00;

• while(1)

•


• for(i=1;i<=50;i++)

•




• delay_ms(20);

•


• for(i=1;i<=50;i++)

•

• portd=(1<<RD7);

• delay_us(2000);


• delay_ms(20);

•

•

•

Eğer servonun periyoduna dikkat edersek

• void main()

•

• int i;

• portd=0x00;

• trisd=0;

• while(1)

•


• for(i=1;i<=50;i++)

•




• delay_us(18700);

•


• for(i=1;i<=50;i++)

•

• portd=(1<<RD7);

• delay_us(1700);


• delay_us(18300);

•


• //move CCW saat tersi yonunde -18 derece

• for(i=1;i<=50;i++)

•




• delay_us(18600);

•


• for(i=1;i<=50;i++)

•

• portd=(1<<RD7);

• delay_us(1600);


• delay_us(18400);

•


• //move CCW saat tersi yonunde -45 derece

• for(i=1;i<=50;i++)

•




• delay_us(18750);

•

•

• //move CW saat yonunde +45 derece donsun

• for(i=1;i<=50;i++)

•

• portd=(1<<RD7);

• delay_us(1750);


• delay_us(18250);

•

•

•

ENCODER KONTROLLÜ SERVO

• Endüstriyel servolarda motor miline bağlı encoder yada potansiyometre bulunmaktadır. Encoder li tiplerde referans noktası yada başlangıç noktasında encoder değeri sıfır alınarak dönüşlerde encoderdengelen palslar sayılarak uygun değerde motorun durdurulması

• veya dönen motorda uygun pozisyon yakalandıktan sonra durdurulması sağlanabilir.

• encoder den gelen A ve B girişleri kullanılır.

• Bu iki giriş bir birinden yarım faz farkı olan iki sinyal üretirler.

birbirinden yarım faz farkı olan iki sinyal

Yön tayini ilk okumanın (OLD) A biti ile son okumanın (NEW) B biti nin XOR yapılması ile

bulunur.• Yukarıdan aşağı doğru çizilen

kesikli çizgiler encoderin okuma noktalarını gösterir.

• Bu noktalarda soldan sağa doğru gidişte (diyelimki motor sağ a dönüyor olsun) okunacak bilgi çiftleri şöyle olacaktır;

• 00 10 11 01 00

• Bu seferde motor sağdan sola yani sola dönerken aynı bilgilere bir göz atalım.

• 00 01 11 10 00 şeklinde olacaklardır.

• Yön tayini ilk okumanın (OLD) A biti ile son okumanın (NEW) B biti nin XOR yapılması ile bulunur.

yön biti daima aynı değeri alıyor

• bir yönde dönüşlerde ilgili bitler XOR yapılırsa yön biti daima aynı değeri alıyor.

• Sola dönüşte 0 , sağa dönüşte ise 1 olmaktadır.

• (bu tersi de olabilir. )

• Yani sola dönüşte yön biti 0 ,sağa dönüşte yön biti 1 olabilir.

U1

XOR

U2

XOR

U3

XOR

U4

XOR

0

1

1

0

0

0

0

1

1

0

1

1

XOR KAPISI

Arabalarda kullanılan sileceklerin kontrolü hakkında

• İki adet PWM servo motor ve bir adet su püskürtme motoru kullanıldı.

• PIC 16F877A.

• 3 farklı buton ile silecekler üç farklı şekilde çalışacaktır.

• 1. butona basılınca silecekler sadece bir defa çalışıp duracak (+90 ileri ve-90 derece geri).

• 2. butona basılınca silecekler bu işlemi 3 kez tekrarlar ve bekler.

• 3. butona basılınca su püskürtme motoru çalışacak,silecekmotorları 4 defa gidip gelecektir.

• Su motoru yerine röle de kullanılabilirdi.

Özel tasarimli motorlar elektrik motorları ve...

Documents