Sự khác biệt giữa động cơ servo và động cơ bước

Động cơ servo và động cơ bước đều là các thành phần truyền động điện phổ biến, được sử dụng để điều khiển chính xác vị trí, tốc độ và mô-men xoắn. Chúng có những điểm khác biệt cơ bản về cấu trúc, nguyên lý hoạt động và đặc tính hiệu suất.
I. Nguyên lý hoạt động và Cấu trúc
Động cơ servo:
Cấu trúc: Bao gồm thân động cơ (thường là động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu), cảm biến vị trí độ chính xác cao (như bộ mã hóa) và bộ điều khiển truyền động, tạo thành một hệ thống vòng kín.
Nguyên lý hoạt động: Bộ điều khiển nhận tín hiệu dãy xung và tín hiệu hướng từ bộ điều khiển, sau đó điều khiển động cơ quay. Bộ mã hóa ở đầu cuối trục động cơ phát hiện vị trí và tốc độ của rô-to theo thời gian thực và phản hồi các tín hiệu này về bộ điều khiển. Bộ điều khiển so sánh tín hiệu phản hồi với tín hiệu lệnh, tính toán sai số và điều chỉnh đầu ra để loại bỏ sai số này.
Động cơ bước:
Cấu tạo: Gồm thân động cơ (với các cuộn dây nhiều pha trên stato và rô-to là lõi nam châm vĩnh cửu hoặc lõi phản ứng) và bộ điều khiển vòng hở.
Nguyên lý hoạt động: Bộ điều khiển nhận tín hiệu xung và lần lượt cấp điện cho các cuộn dây của từng pha động cơ, làm cho rô-to quay từng bước một góc cố định (góc bước). Hoạt động của nó không phụ thuộc vào phản hồi vị trí và là điều khiển vòng hở.
II. Phương pháp điều khiển
Động cơ Servo: Sử dụng điều khiển vòng kín. Hệ thống liên tục nhận phản hồi để hiệu chỉnh theo thời gian thực, đảm bảo đầu ra phù hợp với lệnh điều khiển.
Động cơ bước: Sử dụng điều khiển vòng hở. Sau khi hệ thống phát ra một lệnh, hệ thống giả định động cơ đã thực hiện chính xác mà không có cơ chế kiểm tra phản hồi.
III. So sánh đặc tính hiệu suất
Đặc tính mô-men:
Động cơ Servo: Có đặc tính đầu ra mô-men không đổi và có thể xuất ra mô-men định mức trong phạm vi tốc độ định mức. Ngoài ra, còn có khả năng quá tải và thường có thể xuất ra 2-3 lần mô-men định mức trong thời gian ngắn.
Động cơ bước: Mô-men đầu ra giảm mạnh khi tốc độ quay tăng lên. Không có khả năng quá tải. Khi mô-men tải vượt quá mô-men giữ tối đa của động cơ, sẽ gây ra hiện tượng mất bước.
Dải tốc độ và độ ổn định:
Động cơ servo: Hoạt động trơn tru ở tốc độ thấp, có hiệu suất xuất sắc ở tốc độ cao và có dải điều chỉnh tốc độ rộng, lên tới trên 1:5000.
Động cơ bước: Dễ bị rung ở tốc độ thấp. Ở tốc độ cao, mô-men xoắn giảm nhanh chóng và dải tốc độ hoạt động hiệu quả tương đối hẹp.
Độ chính xác và Sai số:
Động cơ servo: Độ chính xác phụ thuộc vào độ phân giải của bộ mã hóa. Sai số hệ thống (sự chênh lệch giữa lệnh và tín hiệu phản hồi) là nhất thời và sẽ được hệ thống vòng kín điều chỉnh theo thời gian thực. Không có sai số tích lũy.
Động cơ bước: Độ chính xác phụ thuộc vào góc bước của động cơ. Có sai số tích lũy, nghĩa là sai số của mỗi bước đơn sẽ dần dần tích tụ. Khi quá tải, động cơ sẽ mất đồng bộ, dẫn đến sai lệch vị trí.
Hiệu suất đáp ứng:
Động cơ servo: Đáp ứng nhanh, hiệu suất tăng tốc tốt, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu khởi động/dừng nhanh và thay đổi tải động.
Động cơ bước: Phản ứng chậm, khả năng khởi động ở tốc độ cao kém và thời gian tăng tốc dài.
Run rẩy và tiếng ồn:
Động cơ servo: Hoạt động trơn tru với độ ồn thấp, đặc biệt ở tốc độ thấp.
Động cơ bước: Có các vấn đề rung và ồn vốn có, đặc biệt rõ rệt gần điểm cộng hưởng.
IV. Các tình huống ứng dụng
Động cơ servo: Phù hợp với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, tốc độ cao, đáp ứng động học cao và quá tải mô-men xoắn. Ví dụ bao gồm robot công nghiệp, máy CNC, thiết bị tự động hóa cao cấp và lĩnh vực hàng không vũ trụ.
Động cơ bước: Phù hợp với các ứng dụng nhạy cảm về chi phí, tốc độ trung bình-thấp, tải ổn định và yêu cầu thấp về độ mượt trong điều khiển vòng hở. Ví dụ bao gồm máy in 3D, máy CNC để bàn, máy quét và thiết bị tự động hóa văn phòng.
V. Chi phí và độ phức tạp
Động cơ servo: Hệ thống phức tạp (bao gồm động cơ, bộ mã hóa độ phân giải cao và bộ điều khiển tiên tiến), chi phí cao.
Động cơ bước: Hệ thống đơn giản, chi phí thấp, dễ lắp đặt và hiệu chỉnh.
Lựa chọn phụ thuộc vào các yêu cầu tổng thể của ứng dụng cụ thể về hiệu suất, độ chính xác, đáp ứng động và chi phí.