कम लागत वाले स्टेपर मोटर्स सर्वो मोटर्स का विकल्प कैसे हो सकते हैं?

बंद लूपस्टेपर मोटर्सकई मोशन कंट्रोल अनुप्रयोगों में प्रदर्शन-लागत अनुपात में बदलाव आया है। VIC क्लोज्ड-लूप प्रोग्रेसिव मोटर्स की सफलता ने महंगे सर्वो मोटर्स को कम लागत वाले मोटर्स से बदलने की संभावना भी खोल दी है।स्टेपर मोटर्सउच्च मानकों वाले 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 मोटर्स बनाम सर्वो मोटर्स
आम धारणा के अनुसार, सर्वो नियंत्रण प्रणालियाँ उन अनुप्रयोगों में बेहतर प्रदर्शन करती हैं जहाँ 800 आरपीएम से अधिक गति और उच्च गतिशील प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है। स्टेपर मोटरें कम गति, कम से मध्यम त्वरण और उच्च धारण शक्ति वाले अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त हैं।
तो स्टेपर मोटर्स और सर्वो मोटर्स के बारे में इस प्रचलित धारणा का आधार क्या है? आइए नीचे इसका और 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 स्थिर रहती हैं और गतिशील भार के बावजूद अपनी स्थिति बनाए रखती हैं। हालांकि, यदि कुछ विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए उच्च प्रदर्शन की आवश्यकता होती है, तो अधिक महंगी और जटिल सर्वो मोटरों का उपयोग करना पड़ता है।
2. संरचना
स्टेपर मोटर्सचुंबकीय कुंडलियों का उपयोग करके चुंबक को एक स्थान से दूसरे स्थान तक धीरे-धीरे खींचकर मोटर को चरणबद्ध तरीके से घुमाया जाता है। मोटर को किसी भी दिशा में 100 स्थानों तक घुमाने के लिए, सर्किट को मोटर पर 100 बार चरणबद्ध गति करने की आवश्यकता होती है। स्टेपर मोटर क्रमिक गति प्राप्त करने के लिए पल्स का उपयोग करते हैं, जिससे किसी भी फीडबैक सेंसर के उपयोग के बिना सटीक स्थिति निर्धारण संभव हो पाता है।

सर्वो मोटर की गति विधि अलग है। यह चुंबकीय रोटर से एक स्थिति संवेदक (यानी एनकोडर) को जोड़ता है और मोटर की सटीक स्थिति का लगातार पता लगाता है। सर्वो मोटर की वास्तविक स्थिति और निर्धारित स्थिति के बीच के अंतर की निगरानी करता है और तदनुसार धारा को समायोजित करता है। यह बंद-लूप प्रणाली मोटर को गति की सही अवस्था में बनाए रखती है।

3. गति और टॉर्क
स्टेपर और सर्वो मोटरों के प्रदर्शन में अंतर उनके अलग-अलग मोटर डिजाइन समाधानों के कारण होता है।स्टेपर मोटर्सस्टेपर मोटर में सर्वोमोटर की तुलना में ध्रुवों की संख्या कहीं अधिक होती है, इसलिए एक पूर्ण चक्कर लगाने के लिए कई बार वाइंडिंग में करंट का आदान-प्रदान करना पड़ता है, जिसके परिणामस्वरूप गति बढ़ने पर टॉर्क में तेजी से गिरावट आती है। इसके अलावा, अधिकतम टॉर्क प्राप्त होने पर, स्टेपर मोटर अपनी गति सिंक्रोनाइज़ेशन क्षमता खो सकती है। इन्हीं कारणों से, अधिकांश उच्च-गति अनुप्रयोगों में सर्वो मोटर को प्राथमिकता दी जाती है। इसके विपरीत, स्टेपर मोटर में ध्रुवों की अधिक संख्या कम गति पर लाभदायक होती है, क्योंकि उस समय समान आकार की सर्वो मोटर की तुलना में स्टेपर मोटर का टॉर्क अधिक होता है।

जैसे-जैसे गति बढ़ती है, स्टेपर मोटर का टॉर्क कम होता जाता है।

4. स्थिति निर्धारण
ऐसे अनुप्रयोगों में जहां मशीन की सटीक स्थिति हर समय जानना आवश्यक होता है, स्टेपर मोटर और सर्वो मोटर के बीच महत्वपूर्ण अंतर होते हैं। स्टेपर मोटर द्वारा नियंत्रित ओपन-लूप गति अनुप्रयोगों में, नियंत्रण प्रणाली यह मानती है कि मोटर हमेशा गति की सही अवस्था में है। हालांकि, किसी समस्या के उत्पन्न होने पर, जैसे कि किसी घटक के अटक जाने के कारण मोटर का रुक जाना, नियंत्रक मशीन की वास्तविक स्थिति का पता नहीं लगा पाता है, जिससे स्थिति का गलत अनुमान लग सकता है। सर्वो मोटर की क्लोज्ड-लूप प्रणाली का एक लाभ यह है कि यदि यह किसी वस्तु से जाम हो जाती है, तो यह तुरंत इसका पता लगा लेती है। मशीन चलना बंद कर देगी और कभी भी गलत स्थिति में नहीं जाएगी।

5. ऊष्मा और ऊर्जा की खपत
ओपन-लूप स्टेपर मोटर एक निश्चित धारा का उपयोग करती हैं और बहुत अधिक गर्मी उत्पन्न करती 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 परिवर्तन वाले उच्च गति अनुप्रयोगों के लिए सबसे उपयुक्त हैं, जैसे रोबोटिक भुजाएँ। दूसरी ओर, स्टेपर नियंत्रण प्रणालियाँ कम से मध्यम त्वरण और उच्च धारण बल की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त हैं, जैसे 3D प्रिंटर, कन्वेयर, सब-एक्सिस आदि। स्टेपर मोटरें सस्ती होने के कारण, इनके उपयोग से स्वचालन प्रणालियों की लागत कम हो सकती है। गति नियंत्रण प्रणालियाँ जिन्हें सर्वो मोटरों की विशेषताओं का लाभ उठाना है, उन्हें यह साबित करना होगा कि ये उच्च लागत वाली मोटरें अपने मूल्य के अनुरूप हैं।

क्लोज्ड-लूप नियंत्रण वाले स्टेपर मोटर
एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण वाला स्टेपर मोटर दो-फेज ब्रशलेस डीसी मोटर के समतुल्य है और यह पोजीशन लूप नियंत्रण, स्पीड लूप नियंत्रण, डीक्यू नियंत्रण और अन्य एल्गोरिदम निष्पादित कर सकता है। क्लोज्ड-लूप कम्यूटेशन के लिए सिंगल-टर्न एब्सोल्यूट एनकोडर का उपयोग किया जाता है, जिससे किसी भी गति पर इष्टतम टॉर्क सुनिश्चित होता है।
कम ऊर्जा खपत और ठंडा रखने की क्षमता
VIC स्टेपर मोटरें अत्यधिक ऊर्जा कुशल होती हैं। ओपन-लूप स्टेपर मोटरों के विपरीत, जो हमेशा पूर्ण करंट कमांड पर चलती हैं और गर्मी और शोर की समस्या पैदा करती हैं, VIC स्टेपर मोटरों में करंट गति की वास्तविक स्थितियों के अनुसार बदलता रहता है, उदाहरण के लिए त्वरण और मंदी के दौरान। सर्वो मोटरों की तरह, इन स्टेपर मोटरों द्वारा किसी भी समय खपत किया गया करंट आवश्यक वास्तविक टॉर्क के समानुपाती होता है। मोटर और एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल बोर्ड के कम गर्म होने के कारण, VIC स्टेपर मोटरें सर्वो मोटरों के बराबर उच्च शिखर टॉर्क प्राप्त कर सकती हैं।

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

क्लोज्ड-लूप तकनीक में हुई प्रगति के कारण, स्टेपर मोटर्स उन उच्च प्रदर्शन और उच्च गति वाले अनुप्रयोगों में प्रवेश करने में सक्षम हैं जो पहले केवल सर्वो मोटर्स के लिए ही सुलभ थे।
क्लोज्ड-लूप तकनीक वाले स्टेपर मोटर्स
यदि क्लोज्ड-लूप सर्वो तकनीक के फायदों को स्टेपर मोटर्स पर लागू किया जा सके तो क्या होगा?
क्या हम स्टेपर मोटर्स के लागत संबंधी लाभों को बरकरार रखते हुए सर्वो मोटर्स के समान प्रदर्शन प्राप्त कर सकते हैं?
क्लोज्ड-लूप कंट्रोल तकनीक को मिलाकर, स्टेपर मोटर कम लागत में सर्वो और स्टेपर मोटरों दोनों के फायदों वाला एक व्यापक उत्पाद बन जाएगा। क्लोज्ड-लूप स्टेपर मोटरें प्रदर्शन और ऊर्जा दक्षता में उल्लेखनीय सुधार प्रदान करती हैं, इसलिए वे उच्च-मानक अनुप्रयोगों की बढ़ती संख्या में अधिक महंगे सर्वो मोटरों का स्थान ले सकती हैं।
क्लोज्ड-लूप तकनीक से युक्त स्टेपर मोटरों के प्रदर्शन और इसके फायदे-नुकसान को समझाने के लिए, निम्नलिखित उदाहरण में एम्बेडेड क्लोज्ड-लूप नियंत्रण वाले वीआईसी इंटीग्रेटेड स्टेपर मोटर को दर्शाया गया है।

प्रदर्शन संबंधी आवश्यकताओं का सटीक मिलान
व्यवधानों को दूर करने और चरणों के नुकसान से बचने के लिए पर्याप्त टॉर्क सुनिश्चित करने हेतु, ओपन-लूप स्टेपर मोटर्स में आमतौर पर यह सुनिश्चित करना आवश्यक होता है कि टॉर्क, अनुप्रयोग द्वारा अपेक्षित मान से कम से कम 40% अधिक हो। क्लोज्ड-लूप स्टेपर मोटर्स में यह समस्या नहीं होती। जब ये स्टेपर मोटर्स ओवरलोड के कारण रुक जाती हैं, तब भी ये टॉर्क खोए बिना लोड को संभाले रखती हैं। ओवरलोड की स्थिति समाप्त होने के बाद भी ये चलती रहती हैं। किसी भी गति पर अधिकतम टॉर्क की गारंटी दी जा सकती है और स्थिति सेंसर यह सुनिश्चित करता है कि चरणों का कोई नुकसान न हो। इसलिए, क्लोज्ड-लूप स्टेपर मोटर्स को अतिरिक्त 40% मार्जिन की आवश्यकता के बिना, संबंधित अनुप्रयोग की टॉर्क आवश्यकताओं से सटीक रूप से मेल खाने के लिए निर्दिष्ट किया जा सकता है।
ओपन-लूप स्टेपर मोटर्स में, स्टेप लॉस 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 सकती हैं। ये बहुत अधिक बैंडविड्थ पर काम कर सकती हैं और उत्कृष्ट प्रदर्शन प्रदान करती हैं।

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

स्टेपर मोटर्स के साथ इलेक्ट्रॉनिक्स को एकीकृत करने से जटिलता कम हो जाती है।
क्लोज्ड-लूप तकनीक के साथ, स्टेपर मोटर्स सर्वो मोटर के प्रदर्शन और स्टेपर मोटर की कम लागत के साथ उपयोगकर्ताओं को उत्कृष्ट सटीकता और दक्षता प्रदान करती हैं। कम लागत वाली स्टेपर मोटर्स धीरे-धीरे उन अनुप्रयोगों में प्रवेश कर रही हैं जिन पर पहले उच्च लागत वाली सर्वो मोटर्स का वर्चस्व था।