Vòng kínđộng cơ bướcChúng đã thay đổi tỷ lệ hiệu suất trên chi phí trong nhiều ứng dụng điều khiển chuyển động. Sự thành công của động cơ tiến bộ vòng kín VIC cũng đã mở ra khả năng thay thế các động cơ servo đắt tiền bằng các động cơ có chi phí thấp hơn.động cơ bướcTrong ngày càng nhiều ứng dụng tự động hóa công nghiệp tiêu chuẩn cao, những tiến bộ công nghệ đang làm thay đổi tỷ lệ hiệu suất trên chi phí giữa động cơ bước và động cơ servo.
Động cơ bước so với động cơ servo
Theo quan niệm thông thường, hệ thống điều khiển servo hoạt động tốt hơn trong các ứng dụng yêu cầu tốc độ trên 800 vòng/phút và khả năng phản hồi động cao. Động cơ bước phù hợp hơn cho các ứng dụng có tốc độ thấp hơn, gia tốc thấp đến trung bình và mô-men xoắn giữ cao.
Vậy cơ sở của quan niệm thông thường về động cơ bước và động cơ servo là gì? Chúng ta hãy cùng phân tích chi tiết hơn ở phần dưới đây.
1. Sự đơn giản và chi phí thấp
Động cơ bước không chỉ rẻ hơn động cơ servo mà còn dễ lắp đặt và bảo trì hơn. Động cơ bước hoạt động ổn định ở trạng thái đứng yên và giữ nguyên vị trí (ngay cả khi có tải trọng động). Tuy nhiên, nếu cần hiệu suất cao hơn cho một số ứng dụng nhất định, phải sử dụng các động cơ servo đắt tiền và phức tạp hơn.
2. Cấu trúc
Động cơ bướcĐộng cơ bước quay từng bước một, sử dụng các cuộn dây từ để từ từ kéo nam châm từ vị trí này sang vị trí khác. Để di chuyển động cơ 100 vị trí theo bất kỳ hướng nào, mạch điện yêu cầu thực hiện 100 bước trên động cơ. Động cơ bước sử dụng các xung để đạt được chuyển động tăng dần, cho phép định vị chính xác mà không cần sử dụng bất kỳ cảm biến phản hồi nào.
Phương thức hoạt động của động cơ servo khác biệt. Nó kết nối một cảm biến vị trí - tức là một bộ mã hóa - với rôto từ và liên tục phát hiện vị trí chính xác của động cơ. Servo theo dõi sự khác biệt giữa vị trí thực tế của động cơ và vị trí được lệnh và điều chỉnh dòng điện cho phù hợp. Hệ thống vòng kín này giữ cho động cơ ở trạng thái chuyển động chính xác.
3. Tốc độ và mô-men xoắn
Sự khác biệt về hiệu năng giữa động cơ bước và động cơ servo xuất phát từ các giải pháp thiết kế động cơ khác nhau của chúng.Động cơ bướcĐộng cơ bước có số cực lớn hơn nhiều so với động cơ servo, do đó một vòng quay hoàn chỉnh của động cơ bước đòi hỏi nhiều lần trao đổi dòng điện trong cuộn dây hơn, dẫn đến mô-men xoắn giảm nhanh khi tốc độ tăng. Ngoài ra, nếu đạt đến mô-men xoắn cực đại, động cơ bước có thể mất chức năng đồng bộ tốc độ. Vì những lý do này, động cơ servo là giải pháp được ưu tiên trong hầu hết các ứng dụng tốc độ cao. Ngược lại, số cực nhiều hơn của động cơ bước lại có lợi ở tốc độ thấp hơn, khi động cơ bước có lợi thế về mô-men xoắn so với động cơ servo cùng kích thước.
Khi tốc độ tăng, mô-men xoắn của động cơ bước giảm.
4. Định vị
Có những điểm khác biệt quan trọng giữa động cơ bước và động cơ servo trong các ứng dụng cần biết chính xác vị trí của máy móc mọi lúc. Trong các ứng dụng điều khiển chuyển động vòng hở bằng động cơ bước, hệ thống điều khiển giả định rằng động cơ luôn ở trạng thái chuyển động chính xác. Tuy nhiên, sau khi gặp sự cố, chẳng hạn như động cơ bị kẹt do một bộ phận bị mắc kẹt, bộ điều khiển không thể biết vị trí thực tế của máy, điều này có thể dẫn đến mất vị trí. Hệ thống vòng kín của bản thân động cơ servo có một ưu điểm: nếu bị kẹt bởi một vật thể, nó sẽ phát hiện ngay lập tức. Máy sẽ ngừng hoạt động và sẽ không bao giờ bị lệch vị trí.
5. Tiêu thụ nhiệt và năng lượng
Động cơ bước điều khiển vòng hở sử dụng dòng điện cố định và tỏa ra rất nhiều nhiệt. Điều khiển vòng kín chỉ cung cấp dòng điện cần thiết cho vòng điều khiển tốc độ, do đó tránh được vấn đề động cơ bị quá nhiệt.
Tóm tắt so sánh
Hệ thống điều khiển servo phù hợp nhất với các ứng dụng tốc độ cao liên quan đến thay đổi tải động, chẳng hạn như cánh tay robot. Mặt khác, hệ thống điều khiển động cơ bước phù hợp hơn cho các ứng dụng yêu cầu gia tốc thấp đến trung bình và mô-men xoắn giữ cao, chẳng hạn như máy in 3D, băng tải, trục phụ, v.v. Vì động cơ bước rẻ hơn, chúng có thể giảm chi phí của hệ thống tự động hóa khi được sử dụng. Các hệ thống điều khiển chuyển động cần tận dụng các đặc tính của động cơ servo sẽ phải chứng minh rằng những động cơ đắt tiền hơn này xứng đáng với giá trị của chúng.
Động cơ bước với điều khiển vòng kín
Động cơ bước tích hợp điều khiển điện tử tương đương với động cơ DC không chổi than hai pha và có thể thực hiện điều khiển vòng vị trí, điều khiển vòng tốc độ, điều khiển DQ và các thuật toán khác. Bộ mã hóa tuyệt đối một vòng quay được sử dụng để chuyển mạch vòng kín, do đó đảm bảo mô-men xoắn tối ưu ở mọi tốc độ.
Tiêu thụ năng lượng thấp và giữ mát
Động cơ bước VIC có hiệu suất năng lượng cao. Không giống như động cơ bước vòng hở, luôn hoạt động với dòng điện tối đa và gây ra các vấn đề về nhiệt và tiếng ồn, dòng điện thay đổi theo điều kiện chuyển động thực tế, ví dụ như trong quá trình tăng tốc và giảm tốc. Tương tự như động cơ servo, dòng điện tiêu thụ bởi các động cơ bước này tại bất kỳ thời điểm nào tỷ lệ thuận với mô-men xoắn thực tế cần thiết. Vì động cơ và bảng mạch điều khiển điện tử tích hợp hoạt động mát hơn, động cơ bước VIC có thể đạt được mô-men xoắn cực đại cao hơn, tương đương với động cơ servo.
Ngay cả ở tốc độ cao, động cơ bước VIC vẫn yêu cầu dòng điện thấp hơn.
Nhờ những tiến bộ trong công nghệ điều khiển vòng kín, động cơ bước có thể thâm nhập vào các ứng dụng hiệu năng cao, tốc độ cao mà trước đây chỉ dành riêng cho động cơ servo.
Động cơ bước với công nghệ vòng kín
Sẽ ra sao nếu những ưu điểm của công nghệ servo vòng kín có thể được áp dụng cho động cơ bước?
Liệu chúng ta có thể đạt được hiệu suất tương đương với động cơ servo trong khi vẫn tận dụng được lợi thế về chi phí của động cơ bước?
Bằng cách kết hợp công nghệ điều khiển vòng kín, động cơ bước sẽ trở thành một sản phẩm toàn diện với những ưu điểm của cả động cơ servo và động cơ bước với chi phí thấp. Vì động cơ bước điều khiển vòng kín mang lại những cải tiến đáng kể về hiệu suất và hiệu quả năng lượng, chúng có thể thay thế các động cơ servo đắt tiền hơn trong ngày càng nhiều ứng dụng tiêu chuẩn cao.
Sau đây là một ví dụ về động cơ bước tích hợp VIC với hệ thống điều khiển vòng kín nhúng để giải thích hiệu suất cũng như ưu điểm và nhược điểm của động cơ bước sử dụng công nghệ điều khiển vòng kín.
Yêu cầu hiệu suất được đáp ứng chính xác
Để đảm bảo mô-men xoắn đủ mạnh để khắc phục nhiễu loạn và tránh mất bước, động cơ bước vòng hở thường cần đảm bảo mô-men xoắn cao hơn ít nhất 40% so với giá trị yêu cầu của ứng dụng. Động cơ bước vòng kín không gặp vấn đề này. Khi các động cơ bước này bị kẹt do quá tải, chúng sẽ tiếp tục giữ tải mà không bị mất mô-men xoắn. Chúng sẽ tiếp tục hoạt động sau khi tình trạng quá tải được loại bỏ. Mô-men xoắn tối đa có thể được đảm bảo ở bất kỳ tốc độ nào và cảm biến vị trí đảm bảo không xảy ra hiện tượng mất bước. Do đó, động cơ bước vòng kín có thể được thiết kế để đáp ứng chính xác yêu cầu mô-men xoắn của ứng dụng liên quan mà không cần thêm biên độ 40%.
Với động cơ bước vòng hở, rất khó đáp ứng yêu cầu mô-men xoắn tức thời cao do nguy cơ mất bước. So với động cơ bước thông thường, động cơ bước vòng kín VIC có thể đạt được gia tốc rất nhanh, tiếng ồn hoạt động thấp và độ cộng hưởng thấp. Chúng có thể hoạt động ở băng thông rộng hơn nhiều và đạt được hiệu suất tuyệt vời.
Không có tủ
Toda tích hợp bo mạch điều khiển với động cơ, giảm thiểu lượng dây dẫn và đơn giản hóa giải pháp lắp đặt. Với Toda, bạn có thể chế tạo máy móc mà không cần vỏ máy.
Việc tích hợp mạch điện tử với động cơ bước giúp giảm độ phức tạp.
Với công nghệ điều khiển vòng kín, động cơ bước điều khiển vòng kín mang lại cho người dùng độ chính xác và hiệu quả tuyệt vời, với hiệu suất của động cơ servo nhưng chi phí thấp hơn của động cơ bước. Động cơ bước giá rẻ đang dần được sử dụng trong các ứng dụng mà trước đây chỉ dành cho động cơ servo đắt tiền.
Thời gian đăng bài: 10/04/2023