कम लागत वाली स्टेपर मोटरें सर्वो मोटरों का विकल्प कैसे हैं?

बंद लूपस्टेपर मोटर्सकई गति नियंत्रण अनुप्रयोगों में प्रदर्शन-से-लागत अनुपात को बदल दिया है। वीआईसी क्लोज्ड-लूप प्रोग्रेसिव मोटर्स की सफलता ने महंगी सर्वो मोटर्स को कम लागत वाली सर्वो मोटर्स से बदलने की संभावना भी खोल दी है।स्टेपर मोटर्सउच्च-मानक औद्योगिक स्वचालन अनुप्रयोगों की बढ़ती संख्या में, तकनीकी प्रगति स्टेपर मोटर्स और सर्वो मोटर्स के बीच प्रदर्शन-से-लागत अनुपात को बदल रही है।
स्टेपर मोटर बनाम सर्वो मोटर
पारंपरिक ज्ञान के अनुसार, सर्वो नियंत्रण प्रणालियाँ उन अनुप्रयोगों में बेहतर प्रदर्शन करती हैं जहाँ 800 RPM से अधिक गति और उच्च गतिशील प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है। स्टेपर मोटर कम गति, कम से मध्यम त्वरण और उच्च धारण बलाघूर्ण वाले अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त हैं।
तो स्टेपर मोटर्स और सर्वो मोटर्स के बारे में इस पारंपरिक ज्ञान का आधार क्या है? आइए नीचे इसका विस्तार से विश्लेषण करें।

1. सरलता और लागत
स्टेपर मोटरें न केवल सर्वो मोटरों से सस्ती होती हैं, बल्कि इन्हें चालू करना और रखरखाव करना भी आसान होता है। स्टेपर मोटरें स्थिर अवस्था में भी स्थिर रहती हैं और अपनी स्थिति बनाए रखती हैं (यहाँ तक कि गतिशील भार के साथ भी)। हालाँकि, यदि कुछ अनुप्रयोगों के लिए उच्च प्रदर्शन की आवश्यकता होती है, तो अधिक महंगी और जटिल सर्वो मोटरों का उपयोग करना पड़ता है।
2. संरचना
स्टेपर मोटर्सचरणबद्ध तरीके से घूमते हैं, चुंबकीय कुंडलियों का उपयोग करके चुंबक को धीरे-धीरे एक स्थिति से दूसरी स्थिति तक खींचते हैं। मोटर को किसी भी दिशा में 100 स्थितियों तक घुमाने के लिए, परिपथ को मोटर पर 100 चरणीय संचालन करने की आवश्यकता होती है। स्टेपर मोटर वृद्धिशील गति प्राप्त करने के लिए स्पंदों का उपयोग करते हैं, जिससे किसी भी फीडबैक सेंसर के उपयोग के बिना सटीक स्थिति निर्धारण संभव हो जाता है।

सर्वो मोटर की गति का तरीका अलग होता है। यह एक स्थिति संवेदक - यानी एक एनकोडर - को चुंबकीय रोटर से जोड़ता है और मोटर की सटीक स्थिति का लगातार पता लगाता रहता है। सर्वो मोटर की वास्तविक स्थिति और निर्देशित स्थिति के बीच के अंतर पर नज़र रखता है और उसके अनुसार धारा को समायोजित करता है। यह बंद-लूप प्रणाली मोटर को गति की सही स्थिति में रखती है।

3. गति और टॉर्क
स्टेपर और सर्वो मोटरों के बीच प्रदर्शन में अंतर उनके अलग-अलग मोटर डिजाइन समाधानों के कारण होता है।स्टेपर मोटर्ससर्वोमोटर्स की तुलना में सर्वोमोटर्स में ध्रुवों की संख्या बहुत अधिक होती है, इसलिए स्टेपर मोटर के एक पूर्ण चक्कर के लिए बहुत अधिक वाइंडिंग धारा विनिमय की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप बढ़ती गति पर टॉर्क में तेज़ी से गिरावट आती है। इसके अतिरिक्त, यदि अधिकतम टॉर्क पहुँच जाता है, तो स्टेपर मोटर अपनी गति समन्वयन क्रिया खो सकता है। इन कारणों से, अधिकांश उच्च-गति अनुप्रयोगों में सर्वो मोटर पसंदीदा समाधान हैं। इसके विपरीत, स्टेपर मोटर के ध्रुवों की अधिक संख्या कम गति पर लाभप्रद होती है, जब स्टेपर मोटर को समान आकार की सर्वो मोटर की तुलना में टॉर्क में लाभ होता है।

जैसे-जैसे गति बढ़ती है, स्टेपर मोटर का टॉर्क घटता जाता है

4. स्थिति निर्धारण
उन अनुप्रयोगों में स्टेपर मोटर्स और सर्वो मोटर्स के बीच महत्वपूर्ण अंतर होते हैं जहाँ मशीन की सटीक स्थिति हर समय ज्ञात होनी आवश्यक होती है। स्टेपर मोटर्स द्वारा नियंत्रित ओपन-लूप मोशन अनुप्रयोगों में, नियंत्रण प्रणाली यह मानती है कि मोटर हमेशा गति की सही अवस्था में है। हालाँकि, किसी समस्या के आने पर, जैसे कि किसी अटके हुए पुर्जे के कारण मोटर का रुक जाना, नियंत्रक मशीन की वास्तविक स्थिति जानने में असमर्थ होता है, जिससे स्थिति का नुकसान हो सकता है। सर्वो मोटर की क्लोज्ड-लूप प्रणाली का एक फायदा यह है: अगर यह किसी वस्तु से जाम हो जाती है, तो यह तुरंत इसका पता लगा लेती है। मशीन काम करना बंद कर देगी और कभी भी अपनी स्थिति से बाहर नहीं होगी।

5. ऊष्मा और ऊर्जा की खपत
ओपन-लूप स्टेपर मोटर एक निश्चित धारा का उपयोग करते हैं और बहुत अधिक ऊष्मा उत्सर्जित करते हैं। क्लोज्ड-लूप नियंत्रण केवल गति लूप के लिए आवश्यक धारा प्रदान करता है और इस प्रकार मोटर के गर्म होने की समस्या से बचा जाता है।
तुलना सारांश
सर्वो नियंत्रण प्रणालियाँ गतिशील भार परिवर्तनों वाले उच्च-गति अनुप्रयोगों, जैसे रोबोटिक भुजाओं, के लिए सबसे उपयुक्त होती हैं। दूसरी ओर, स्टेपर नियंत्रण प्रणालियाँ, कम से मध्यम त्वरण और उच्च धारण बल आघूर्ण की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों, जैसे 3D प्रिंटर, कन्वेयर, सब-एक्सिस आदि के लिए अधिक उपयुक्त होती हैं। चूँकि स्टेपर मोटर सस्ती होती हैं, इसलिए इनका उपयोग स्वचालन प्रणालियों की लागत को कम कर सकता है। गति नियंत्रण प्रणालियों को, जिन्हें सर्वो मोटरों की विशेषताओं का लाभ उठाने की आवश्यकता होती है, यह साबित करना होगा कि ये उच्च लागत वाली मोटरें सोने के बराबर मूल्यवान हैं।

बंद-लूप नियंत्रण वाले स्टेपर मोटर्स
एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण वाला स्टेपर मोटर, दो-चरणीय ब्रशलेस डीसी मोटर के समतुल्य है और स्थिति लूप नियंत्रण, गति लूप नियंत्रण, डीक्यू नियंत्रण और अन्य एल्गोरिदम निष्पादित कर सकता है। बंद-लूप कम्यूटेशन के लिए एकल-मोड़ निरपेक्ष एनकोडर का उपयोग किया जाता है, जिससे किसी भी गति पर इष्टतम टॉर्क सुनिश्चित होता है।
कम ऊर्जा खपत और ठंडा रखना
वीआईसी स्टेपर मोटर अत्यधिक ऊर्जा कुशल होते हैं। ओपन-लूप स्टेपर मोटरों के विपरीत, जो हमेशा पूर्ण धारा आदेश पर चलते हैं और ऊष्मा तथा शोर की समस्याएँ पैदा करते हैं, इनकी धारा गति की वास्तविक स्थितियों, जैसे त्वरण और मंदन के दौरान, के अनुसार बदलती रहती है। सर्वो मोटरों की तरह, इन स्टेपर मोटरों द्वारा किसी भी क्षण खपत की गई धारा, आवश्यक वास्तविक टॉर्क के समानुपाती होती है। चूँकि मोटर और एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण बोर्ड ठंडे होते हैं, इसलिए वीआईसी स्टेपर मोटरें सर्वो मोटरों की तुलना में उच्च शिखर टॉर्क प्राप्त कर सकती हैं।

उच्च गति पर भी, VIC स्टेपर मोटर्स को कम धारा की आवश्यकता होती है

क्लोज्ड-लूप प्रौद्योगिकी में प्रगति से प्रेरित होकर, स्टेपर मोटर्स उच्च प्रदर्शन, उच्च गति वाले अनुप्रयोगों में प्रवेश करने में सक्षम हैं जो पहले केवल सर्वो मोटर्स के लिए थे।
बंद-लूप तकनीक वाले स्टेपर मोटर्स
क्या होगा यदि क्लोज्ड-लूप सर्वो प्रौद्योगिकी के लाभों को स्टेपर मोटर्स पर लागू किया जा सके?
क्या हम स्टेपर मोटर्स के लागत लाभों को समझते हुए सर्वो मोटर्स के तुलनीय प्रदर्शन को प्राप्त कर सकते हैं?
क्लोज्ड-लूप नियंत्रण तकनीक के संयोजन से, स्टेपर मोटर कम लागत पर सर्वो और स्टेपर दोनों मोटरों के लाभों वाला एक व्यापक उत्पाद बन जाएगा। चूँकि क्लोज्ड-लूप स्टेपर मोटर प्रदर्शन और ऊर्जा दक्षता में उल्लेखनीय सुधार प्रदान करते हैं, इसलिए वे उच्च-मानक अनुप्रयोगों की बढ़ती संख्या में अधिक महंगी सर्वो मोटरों की जगह ले सकते हैं।
निम्नलिखित एम्बेडेड क्लोज्ड-लूप नियंत्रण के साथ VIC एकीकृत स्टेपर मोटर का एक उदाहरण है, जो क्लोज्ड-लूप प्रौद्योगिकी वाले स्टेपर मोटर्स के प्रदर्शन और फायदे और नुकसान को समझाता है।

सटीक रूप से मेल खाने वाली प्रदर्शन आवश्यकताएं
व्यवधानों पर काबू पाने और स्टेप्स के नुकसान से बचने के लिए पर्याप्त टॉर्क सुनिश्चित करने हेतु, ओपन-लूप स्टेपर मोटर्स को आमतौर पर यह सुनिश्चित करना होता है कि टॉर्क अनुप्रयोग द्वारा आवश्यक मान से कम से कम 40% अधिक हो। क्लोज्ड-लूप टोडा स्टेपर मोटर्स में यह समस्या नहीं होती। जब ये स्टेपर मोटर्स ओवरलोड के कारण रुक जाती हैं, तो वे टॉर्क खोए बिना लोड को संभाले रखती हैं। ओवरलोड की स्थिति दूर होने के बाद भी ये काम करती रहेंगी। किसी भी दी गई गति पर अधिकतम टॉर्क की गारंटी दी जा सकती है और पोजिशन सेंसर यह सुनिश्चित करता है कि स्टेप में कोई कमी न आए। इसलिए क्लोज्ड-लूप स्टेपर मोटर्स को संबंधित अनुप्रयोग की टॉर्क आवश्यकताओं के बिल्कुल अनुरूप निर्दिष्ट किया जा सकता है, बिना किसी अतिरिक्त 40% मार्जिन की आवश्यकता के।
ओपन-लूप स्टेपर मोटर्स के साथ, स्टेप्स के लुप्त होने के जोखिम के कारण उच्च तात्कालिक टॉर्क आवश्यकताओं को पूरा करना मुश्किल होता है। पारंपरिक स्टेपर मोटर्स की तुलना में, VIC क्लोज्ड-लूप स्टेपर मोटर्स बहुत तेज़ त्वरण, कम परिचालन शोर और कम अनुनाद प्राप्त कर सकते हैं। वे बहुत अधिक बैंडविड्थ पर काम कर सकते हैं और उत्कृष्ट प्रदर्शन प्राप्त कर सकते हैं।

कोई कैबिनेट नहीं
टोडा ड्राइव कंट्रोल बोर्ड को मोटर के साथ एकीकृत करता है, जिससे तारों की संख्या कम हो जाती है और कार्यान्वयन समाधान सरल हो जाता है। टोडा के साथ, आप बिना कैबिनेट के मशीनें बना सकते हैं।

इलेक्ट्रॉनिक्स को स्टेपर मोटर्स के साथ एकीकृत करने से जटिलता कम हो जाती है
क्लोज्ड-लूप तकनीक के साथ, क्लोज्ड-लूप स्टेपर मोटर उपयोगकर्ताओं को सर्वो मोटर के समान प्रदर्शन और स्टेपर मोटर की कम लागत के साथ उत्कृष्ट सटीकता और दक्षता प्रदान करते हैं। कम लागत वाली स्टेपर मोटरें धीरे-धीरे उन अनुप्रयोगों में प्रवेश कर रही हैं जहाँ अन्यथा उच्च लागत वाली सर्वो मोटरों का बोलबाला होता।