Động cơ bước (STEP) và động cơ SERVO

Động cơ bước (STEP) và động cơ SERVO

Động cơ bước (STEP) và động cơ SERVO được sử dụng rất nhiều trong hệ thống di chuyển bàn máy của máy phay CNC, máy tiện CNC, máy xung, máy cắt dây EDM, máy chuyên dụng... Cùng tìm hiểu về cấu tạo, sự khác nhau và ứng dụng của từng loại động cơ trên qua bài viết dưới đây.

1. Định nghĩa động cơ bước (STEP) và động cơ SERVO

Động cơ bước thường sử dụng động cơ không tiếp xúc trượt có từ 50 -100 điểm cực còn động cơ servo điển hình chỉ có từ 4-12 điểm cực. Động cơ bước (STEP) không cần mã hóa, vì chúng có thể di chuyển chính xác tới các vị trí của gần 100 điểm cực từ trong động cơ.

Nhưng động cơ SERVO thì khác, tuy chỉ có 4-12 điểm cực, nhưng chúng cần phải được mã hóa để xác định chính xác vị trí các điểm cực. Động cơ bước hiểu đơn giản là di chuyển từng bước, trong khi động cơ servo vận hành bằng việc đọc các dữ liệu từ các tín hiệu khác nhau của các bộ mã hóa động cơ và vị trí được điều khiển, nó cũng điều chỉnh dòng điện sơ cấp đến vị trí được yêu cầu.

dong_co_buoc_step_va_dong_co_servo

Động cơ bước thì điều khiển các bước bằng cách cấp xung điện vào các cuộn dây, tùy theo cấu tạo mà động cơ bước có góc quay 1 xung khác nhau. Điển hình là loại động cơ bước 1,8 độ / 1 bước ... quay hết 1 vòng 360 độ thì cần 200 bước ( gọi là FULL STEP ), động cơ bước có thể điều khiển ở các chế độ khác như half step ( nửa bước 0,9 độ ) , micro step ( cấp độ nhỏ hơn nữa ) và cần nhiều hơn 400 xung ... càng ở chế độ nhiều xung thì động cơ quay càng mịn ( không bị giật giật ( bước )), các động cơ bước không có chổi than, roto được làm từ các cặp cực nam châm vĩnh cửu nên về lý thuyết rất bền theo thời gian khi hoạt động đúng thông số !
Động cơ servo là loại động cơ bình thường (động cơ DC có chổi than ) , động cơ AC ( 1 pha , 3 pha ...v.v ) có gắn thêm encoder . ĐỘng cơ DC + encoder = Servo DC , động cơ AC + encoder = Servo AC .

2. Ưu nhược điểm của động cơ bước (STEP) và động cơ SERVO

Động cơ Servo là loại động cơ vòng kín , kiểm soát bằng encoder ( từ vị trí của encoder ( xung ) so với điểm gốc ban đầu ta có thể biết được động cơ đang ở góc quay nào hoặc muốn động cơ quay 1 góc quay nào đó ta đếm số xung encoder và dừng động cơ đúng điểm cần thiết.
Động cơ Servo nhờ sự phản hồi của encoder, điều khiển vòng kín có điều kiện nên có độ chính xác cao hơn, lấy ví dụ với encoder 1000 xung thì động cơ servo có thể chính xác tới 360/1000 = 0,36 độ . Với encoder 5000 xung ... thì 360/5000 = 0,072 độ . Do sử dụng bằng cách đếm xung để điều khiển vị trí nên gặp trường hợp bị trượt lực ( moto bị trượt ) sẽ vẫn có kết quả chính xác ở vị trí cần thiết khác hoàn toàn với moto bước . Motor bước khi bị trượt lực sẽ cho vị trí không chính xác ( do bị mất bước ) ( VD : cấp 200 xung để quay hết 1 vòng nhưng do tải quả nặng, bị kẹt nên cấp 200 xung mà vẫn chưa quay hết 1 vòng ). Một số động cơ servo được thiết kế sao cho có thể chịu đựng được các tín hiệu điều khiển ở tần số rất và có khả năng chịu được được những yêu cầu tăng tốc bất ngờ từ bộ điều khiển (có thể tạo ra các xung điện hài bậc cao). Những động cơ như thế này thường được cải tiến về phần cơ để có tuổi thọ cao và có thể chống lại được sự hao mòn do ma sát trên ổ bi bạc đạn cũng như trên chổi than (đôi với DC)
Điều khiển, xử lý servo sẽ khó khăn hơn rất nhiều so với Moto Stepper , các driver servo đòi hỏi công suất cao hơn, có mô men yếu hơn, servo DC thì kém bền do phải sử dụng chổi than phải bảo dưỡng định kỳ . Stepper bền theo thời gian, không có chổi than, kích thước nhỏ gọn nhưng lại có mô men lực lớn nên ít phải bảo dưỡng hay hỏng hóc.

Động cơ 2 pha AC Servo điều khiển

3. Sự kết hợp giữa động cơ bước (STEP) và động cơ SERVO

Hiện nay các nhà sản xuất đều có loại LAI giữa servo và stepper ... cụ thể là Motor kiểu dạng stepper nhưng vẫn có gắn thêm encoder đằng sau đít ... để tận dụng phát huy tối đa ưu điểm của stepper và điều khiển vòng kín kiểu servo !
Để lập trình với stepper : thì từ số bước ( mỗi bước tương ứng với 1 góc quay ) ta suy ra được vị trí
Để lập trình với servo : ta cần đến vị trí nào đó ta dựa vào số xung encoder ... cho motor chạy và đếm encoder ... khi nào mà ta đếm được đủ số xung từ encoder thì ta dừng motor lại ... đó là vị trí ta cần đến !

Tham khảo thêm từ: dientuvietnam, tbe