Động cơ bước là gì

Động cơ bước là gì? Bài chia sẻ này là sự tiếp nối của một loạt các bài học liên quan đến việc tìm hiểu về Động cơ bước và Động cơ Servo.

Nếu bạn chưa học cách sử dụng động cơ bước, vui lòng xem lại bài học đã phát hành trước đây của chúng tôi về Động cơ bước là gì và cách nó hoạt động? Trong bài học này, chúng ta sẽ thảo luận về ưu điểm và nhược điểm của động cơ bước so với động cơ Servo.

So sánh động cơ bước với động cơ servo

Bạn đã bao giờ nghĩ về cách một cánh tay robot di chuyển với độ chính xác hoặc cách máy in đồ họa tạo ra các bản sao chính xác của hình ảnh, hoặc cách các sản phẩm tiêu thụ được di chuyển chính xác xung quanh sàn nhà máy hoặc bất kỳ loại hệ thống định vị điều khiển chuyển động nào khác?

Cùng với video được công bố gần đây của RealPars, Động cơ bước là gì và cách nó hoạt động, và bài học này, bạn sẽ tìm hiểu về Ưu điểm của Động cơ bước trong điều khiển chuyển động khi sử dụng các loại động cơ khác nhau có sẵn, chủ yếu là động cơ bước và động cơ servo .

Lựa chọn giữa động cơ bước và động cơ servo có thể là một thách thức khá lớn với việc cân bằng một số yếu tố thiết kế trong việc cân nhắc chi phí, mô-men xoắn, tốc độ, gia tốc và mạch truyền động đều đóng một vai trò quan trọng trong việc chọn động cơ tốt nhất cho ứng dụng của bạn.

Trong bài học này, chúng ta sẽ thảo luận về nhiều ưu điểm cùng với nhược điểm của Động cơ bước, vì vậy trước tiên chúng ta hãy xác định một vài định nghĩa được sử dụng với Động cơ bước trước khi chúng ta bắt đầu thảo luận về Ưu và nhược điểm của Động cơ bước.

Động cơ bước là gì?

Chúng ta cùng tìm hiểu Moment xoắn trong động cơ bước như thế nào

Mô men xoắn là xu hướng của một lực làm quay một vật quanh trục, điểm tựa hoặc trục quay. Giống như một lực là một lực đẩy hoặc một lực kéo, một mô-men xoắn có thể được coi là lực xoắn đối với một vật thể hoặc chuyển động quay của rôto Động cơ bước.

Moment xoắn là gì

Hệ thống chuyển động vòng lặp mở so với hệ thống chuyển động vòng kín là gì?

Hệ thống vòng lặp mở không có phản hồi hoặc cơ chế điều chỉnh lỗi để xác định xem đầu ra của nó có đạt được mục tiêu mong muốn của đầu vào hay không.

Độ lặp lại và độ chính xác là gì?

Khả năng lặp lại là khả năng của cơ cấu truyền động quay trở lại cùng một vị trí nhiều lần trong các điều kiện giống hệt nhau.

Động cơ bước là gì

Tuy nhiên, độ chính xác là mức độ đo lường chuyển động có thể được xác định mà vị trí cuối cùng khớp với vị trí được chỉ huy.

Ví dụ, trong một ứng dụng cho phép kết quả là 535 mm (milimet) ± 2 mm, thì miễn là vít bi đạt được vị trí trong khoảng từ 533 đến 537 mm, nó sẽ được coi là chính xác.

sai số động cơ bước

Tình trạng quá tải là gì?

Quá tải động cơ sẽ xảy ra khi động cơ hoạt động quá tải. Các triệu chứng quá tải là dòng điện rút ra quá mức, không đủ mô-men xoắn và quá nhiệt.

Trạng thái quá tải động cơ bước

Hiệu suất Động cơ là gì?

Hiệu suất của động cơ là sự so sánh giữa lượng công cơ học mà động cơ thực hiện và công suất điện mà nó tiêu thụ để thực hiện công việc sử dụng tương tác giữa từ trường và dòng điện trong cuộn dây của nó để tạo ra và tạo ra lực hoặc mômen trong động cơ.

Hiệu suất động cơ bước

Cộng hưởng là gì và nó có ảnh hưởng đến động cơ bước không?

Điều này có thể được xác định tốt nhất khi động cơ di chuyển một bước, nó có xu hướng vượt quá điểm nghỉ cuối cùng và dao động quanh điểm này khi nó dừng lại.

Tiếng kêu không mong muốn này được biểu hiện dưới dạng rung động cơ và rõ ràng hơn ở các động cơ không tải và sẽ khiến động cơ bị dừng.

Cấu tạo động cơ bước

Ưu điểm của động cơ bước

Bây giờ chúng ta hãy xem xét một số Ưu điểm và ứng dụng của Động cơ bước hàng đầu.
Một trong những ưu điểm lớn nhất của động cơ bước là giá thành và tính khả dụng của chúng tương đối thấp.

  1. Tính linh hoạt :Động cơ bước mang lại sự linh hoạt trong ứng dụng cho nhiều ứng dụng vì thiết kế của động cơ bước cung cấp mô-men xoắn giữ cố định mà không cần động cơ được cấp điện.
  2. Mô men xoắn lớn hơn : Mô-men xoắn của mô-tơ bước có cùng kích thước của mô-tơ servo, ở tốc độ thấp hơn mô-men xoắn của mô-tơ servo.

Ưu điểm động cơ bước

3. Rẻ hơn Động cơ Servo :

Động cơ bước thường được sử dụng trong hệ thống vòng lặp mở không yêu cầu phản hồi vị trí hoặc mô-men xoắn làm cho động cơ bước đơn giản hơn và điều khiển ít tốn kém hơn.

Động cơ bước tự bản thân nó là bộ chuyển đổi vị trí, như chúng ta đã học ở phần trước, động cơ bước là gì và bài học hoạt động như thế nào.

Chúng tôi biết được rằng động cơ bước có một số lượng lớn các cực, các cặp từ cực bắc và nam được tạo ra bởi nam châm vĩnh cửu hoặc dòng điện, thường là 50 đến 100 cực.

Chúng tôi đã biết rằng mỗi cực cung cấp một điểm dừng tự nhiên cho trục động cơ và với số lượng cực nhiều hơn, động cơ bước có thể di chuyển chính xác và chính xác giữa mỗi cực.

Do các điểm dừng tự nhiên này, một bước có thể được vận hành mà không cần bất kỳ phản hồi vị trí nào cho nhiều ứng dụng.

Ứng dụng động cơ bước

Một trong những lợi thế lớn nhất của Stepper Motors là chi phí và tính khả dụng tương đối thấp. Stepper Motors về cơ bản là plug and play, dễ cài đặt và sử dụng hơn.

Động cơ bước mang lại lợi nhuận tốt hơn cho ngân sách của bạn. Và không tốn kém khi so sánh với các hệ thống điều khiển chuyển động Động cơ Servo cho các ứng dụng phù hợp hơn của chúng khi xem xét các yêu cầu về gia tốc thấp hơn và mô-men xoắn giữ cao.

4. Động cơ bước được coi là an toàn hơn : Vì khi nếu có bất cứ thứ gì bị hỏng, động cơ bước sẽ dừng lại.

5. Động cơ bước cung cấp tuổi thọ lâu hơn : Nhiều bộ phận chuyển động không có ma sát, vì vậy người ta coi Động cơ bước mang lại tuổi thọ cao hơn khi xét rằng vòng bi về cơ bản là bộ phận duy nhất sẽ bị mài mòn.

6. Mô men xoắn tốc độ thấp tuyệt vời : Và Stepper Motors cung cấp mô-men xoắn tuyệt vời ở tốc độ thấp, có nghĩa là, động cơ sẽ truyền động nhiều tải mà không cần phải sử dụng bất kỳ cơ cấu bánh răng hoặc hộp số bổ sung nào.

7. Khả năng lặp lại tuyệt vời :

Như chúng ta đã thảo luận trước đó, khi được lệnh làm như vậy; các khả năng vốn có của Động cơ bước cho phép trục của động cơ quay trở lại vị trí cũ một cách chính xác mang lại khả năng lặp lại tuyệt vời.

Động cơ bước cung cấp khả năng định vị chính xác; và khả năng lặp lại của chuyển động vì động cơ bước tốt có độ chính xác từ 3 – 5% của một bước; và sai số này là không tích lũy từ bước này sang bước tiếp theo.

Ưu điểm của động cơ bước

8. Động cơ bước là quá tải an toàn

Động cơ bước về cơ bản là an toàn quá tải. Động cơ không thể bị hỏng do quá tải cơ học. Nhưng tổn hao vị trí có thể xảy ra ảnh hưởng đến độ chính xác. Và khả năng lặp lại khi tải tăng vượt quá thiết kế. Đây là lý do tại sao Động cơ bước phù hợp hơn cho các ứng dụng tải liên tục.

9. Góc quay của Động cơ bước Tỷ lệ với Xung đầu vào.

Một ưu điểm khác là góc quay của Động cơ bước tỷ lệ với xung đầu vào. Một lần nữa chúng ta đã học ở bài trước, Động cơ bước là gì và cách hoạt động của nó; việc di chuyển đến một vị trí chính xác chỉ đơn giản là gửi đúng số lệnh xung.

Khi xem xét từ bài học đó, động cơ bước có thể có tới 200 răng rôto. Hoặc 200-400 bước đầy đủ cho mỗi vòng quay của trục động cơ.

Và như đã đề cập trong bài học trước của chúng ta; để xác định độ phân giải của phép quay; chúng ta có thể thực hiện một phép toán nhỏ. Nếu động cơ bước có 200 bước tăng dần và chúng ta biết một vòng quay đầy đủ bằng một vòng tròn. Hoặc 360 độ thì chúng ta có thể chia 360 độ cho 200.

Điều này tương đương với 1,8 độ của góc quay toàn bộ bước và 400 bước được chia thành 360 độ cung cấp 0,9 độ xoay góc toàn bước. Việc xuất một xung kỹ thuật số từ trình điều khiển bộ điều khiển tương đương với một bước quay.

Ưu điểm động cơ bước 1

10. Động cơ bước cung cấp mô-men xoắn đầy đủ khi ngừng hoạt động

Một trong nhiều ưu điểm của Động cơ bước là tính năng cung cấp mô-men xoắn đầy đủ khi dừng trong khi các cuộn dây được cung cấp năng lượng và rôto đứng yên. Hay nói cách khác là lợi ích mà chúng tôi gọi là mô-men xoắn giữ; có nghĩa là động cơ có thể giữ tải tại chỗ khi rôto không quay.

Nhưng động cơ bước cũng có thể giữ tải tại chỗ; khi không có dòng điện cấp vào các cuộn dây hoặc trong điều kiện mất điện. Điều này thường được gọi là mômen xoắn hoặc mômen dư.

Trong bài học động cơ Servo là gì và nó hoạt động như thế nào. Chúng ta đã thảo luận rằng một số động cơ sử dụng chổi cơ để cung cấp dòng điện đến động cơ.

11. Rất đáng tin cậy

Động cơ bước rất đáng tin cậy vì không có chổi tiếp xúc trong động cơ. Vì vậy, tuổi thọ của động cơ chỉ đơn giản là phụ thuộc vào tuổi thọ của ổ trục.

12. Xoay đồng bộ tốc độ thấp

Với Steppers, có thể đạt được tốc độ quay đồng bộ rất thấp với tải được ghép trực tiếp với trục. Và một loạt các tốc độ quay có thể được thực hiện vì tốc độ tỷ lệ với tần số của xung đầu vào.

Ưu điểm động cơ bước 2

13. Lựa chọn tốt cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ thấp với độ chính xác cao.

Động cơ DC bình thường không có nhiều mô-men xoắn ở tốc độ thấp hơn. Tuy nhiên, động cơ bước có mô-men xoắn cực đại ở tốc độ thấp. Vì vậy điều này làm cho động cơ bước trở thành lựa chọn tốt cho các ứng dụng; yêu cầu tốc độ thấp với độ chính xác cao.

Ưu điểm động cơ bước 3

Stepper Motors cung cấp độ chắc chắn, độ tin cậy cao, cấu tạo đơn giản, cho phép bảo trì thấp, cung cấp phản ứng tuyệt vời để khởi động / dừng / đảo chiều và sẽ hoạt động trong nhiều môi trường.

Nhược điểm của động cơ bước

1. Hiệu quả thấp

Một số nhược điểm của Động cơ bước hàng đầu là động cơ cung cấp hiệu suất thấp. Động cơ bước tạo ra công suất đáng kể (ghi nhớ mô-men xoắn giữ) bất kể tải.

2. Mô-men xoắn của động cơ bước giảm nhanh theo tốc độ

Mô-men xoắn của Động cơ bước giảm nhanh theo tốc độ. Vì mô-men xoắn là nghịch đảo của tốc độ như được xác định trong đồ thị trước.

3. Độ chính xác thấp

Khi so sánh với Động cơ Servo, Động cơ bước được coi là có độ chính xác thấp. Tuy nhiên, có ba phương pháp để cải thiện độ chính xác của động cơ bước.

Một là sử dụng động cơ bước có nhiều răng hơn.

Nhược điểm động cơ bước

Một cách khác là sử dụng bánh răng để giảm số lượng chuyển động trên mỗi bước. Hoặc bằng cách tăng số ren của vít dẫn trên mỗi inch.

Nhược điểm động cơ bước 1

Và cuối cùng là sử dụng bước vi mô. Bước siêu nhỏ cho phép động cơ chuyển động trơn tru hơn và giảm khả năng bị cộng hưởng.

Nhược điểm động cơ bước

4. Không có phản hồi nào được sử dụng để chỉ ra các bước có thể bị bỏ lỡ

Như chúng ta đã thảo luận trước đó; một trong những lợi thế khi sử dụng động cơ bước; là nó sẽ hoạt động trong điều khiển vòng lặp mở. Nhưng hai điều này trong các tình huống tải khác nhau sẽ trở thành một bất lợi; khi không có phản hồi tới hệ thống điều khiển để chỉ ra các bước có thể bị bỏ lỡ.

Và trong khi nói về hệ thống vòng lặp mở; một nhược điểm của điều khiển vòng mở sử dụng bước là nếu tải máy quá cao. Hoặc động cơ cố gắng di chuyển quá nhanh thì các bước chuyển vị trí có thể bị bỏ qua.

Bộ điều khiển không có phương tiện để phát hiện điều này. Và do đó máy tiếp tục chạy hơi mất điều chỉnh cho đến khi vị trí được thiết lập lại.

Vì lý do này, các robot và máy công cụ phức tạp hơn; sẽ sử dụng động cơ Servo kết hợp bộ mã hóa và bộ điều khiển vòng kín.

Nhược điểm động cơ bước 2

5. Tỷ lệ mômen quán tính thấp

Động cơ bước có tỷ lệ mô-men xoắn trên quán tính thấp; có nghĩa là chúng không thể tăng tốc tải rất nhanh. Và động cơ có thể rất nóng ở các cấu hình hiệu suất cao.

6. Động cơ bước có thể rất ồn

Động cơ bước có thể rất ồn ở tốc độ trung bình đến cao. Và có công suất đầu ra thấp đối với kích thước và trọng lượng.

7. Mô men giữ phải vượt qua

Và cuối cùng, mô-men xoắn hãm hoặc giữ phải được khắc phục để động cơ chuyển động. Nó làm giảm mô-men xoắn lý tưởng mà động cơ có thể tạo ra khi nó chạy.

Vượt qua mô-men xoắn cần nhiều công suất hơn từ động cơ; và lượng công suất cần thiết tỷ lệ thuận với tốc độ. Vì vậy, động cơ quay càng nhanh; thì ảnh hưởng của mô-men xoắn ảnh hưởng đến công suất mô-men xoắn thực tế của động cơ càng lớn.

Bài viết tham khảo: Động cơ Servo là gì