Động cơ là bộ phận không thể thiếu trong các hoạt động sản xuất. Không có động năng, máy móc không thể di chuyển, hoạt động vận hành nhà máy cũng không được diễn ra. Có nhiều loại động cơ ứng dụng trong nhiều hoạt động khác nhau. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giúp bạn phân biệt động cơ DC, động cơ bước và động cơ servo. Hay gọi tắt là DC, Servo và Stepper Motors.
Động cơ DC
Động cơ DC (Dòng điện một chiều) là động cơ có hai dây (dây nguồn và dây nối đất). Khi được cấp nguồn điện, động cơ DC sẽ bắt đầu quay cho đến khi nguồn điện đó được rút ra. Hầu hết các động cơ DC đều chạy ở tốc độ RPM cao (số vòng quay trên phút). Ví dụ như quạt làm mát máy tính hoặc bánh xe ô tô được điều khiển bằng sóng vô tuyến!
Tốc độ của động cơ DC được điều khiển bằng cách sử dụng điều chế độ rộng xung (PWM), một kỹ thuật bật và tắt nguồn nhanh chóng.
Động cơ Servo
Động cơ servo nói chung là một thiết bị tích hợp bởi: động cơ DC, bộ bánh răng, mạch điều khiển và cảm biến vị trí (thường là một chiết áp).
Vị trí của động cơ servo có thể được điều khiển chính xác hơn so với vị trí của động cơ DC tiêu chuẩn.
Servo motor thường có ba dây:
- Dây nguồn
- Dây nối đất
- Dây điều khiển
Nguồn điện cho động cơ servo được cấp liên tục, với mạch điều khiển servo điều chỉnh lực hút để dẫn động động cơ. Động cơ servo được thiết kế cho các nhiệm vụ cụ thể và yêu cầu độ chính xác cao. Ví dụ trong điều khiển cánh tay robot công nghiệp, điều khiển bánh lái tàu thuyền,…
Động cơ servo không quay tự do như động cơ DC tiêu chuẩn. Thay vào đó, góc quay được giới hạn ở 180 Độ (hoặc lâu hơn) qua lại. Động cơ servo nhận tín hiệu điều khiển đại diện cho vị trí đầu ra và cấp nguồn cho động cơ DC cho đến khi trục quay về đúng vị trí, được xác định bởi cảm biến vị trí.
Bộ điều khiển động cơ servo
PWM được sử dụng cho tín hiệu điều khiển của động cơ servo. Tuy nhiên, không giống như động cơ DC, khoảng thời gian của xung dương sẽ xác định vị trí (chứ không phải tốc độ) của trục servo. Giá trị xung trung tính phụ thuộc vào servo (thường khoảng 1,5ms) giữ trục servo ở vị trí trung tâm. Việc tăng giá trị xung đó sẽ làm cho servo quay theo chiều kim đồng hồ và một xung ngắn hơn sẽ quay trục ngược chiều kim đồng hồ. Xung điều khiển servo thường được lặp lại sau mỗi 20 mili giây, về cơ bản là báo cho servo biết phải đi đâu, ngay cả khi điều đó có nghĩa là vẫn ở vị trí cũ.
Khi một servo được lệnh di chuyển, nó sẽ di chuyển đến vị trí và giữ vị trí đó, ngay cả khi ngoại lực đẩy vào nó. Servo sẽ chống lại việc di chuyển ra khỏi vị trí đó, với lượng điện trở tối đa mà servo có thể tạo ra là định mức mô-men xoắn của servo đó.
Động cơ bước
Động cơ bước về cơ bản là một động cơ servo sử dụng một phương pháp cơ giới hóa khác. Trong trường hợp động cơ servo sử dụng động cơ DC quay liên tục và mạch điều khiển tích hợp, động cơ bước sử dụng nhiều nam châm điện có răng được bố trí xung quanh một bánh răng trung tâm để xác định vị trí.
Động cơ bước yêu cầu một mạch điều khiển bên ngoài hoặc bộ điều khiển vi mô (ví dụ như Raspberry Pi hoặc Arduino) để cung cấp năng lượng riêng cho từng nam châm điện và làm cho trục động cơ quay.
Khi nam châm điện ‘A’ được cấp điện, nó sẽ hút các răng của bánh răng và căn chỉnh chúng, hơi lệch so với nam châm điện tiếp theo ‘B’. Khi ‘A’ được tắt và ‘B’ được bật, bánh răng sẽ quay nhẹ để căn chỉnh với ‘B’, và cứ thế xoay quanh vòng tròn, với mỗi nam châm điện xung quanh bánh răng lần lượt cung cấp năng lượng và khử năng lượng để tạo ra chuyển động quay. Mỗi chuyển động quay từ một nam châm điện này sang một nam châm điện tiếp theo được gọi là một “bước” và do đó động cơ có thể quay theo các góc bước chính xác được xác định trước thông qua một vòng quay 360 độ đầy đủ.
Phân loại động cơ bước
Động cơ bước có sẵn trong hai loại:
- Động cơ lưỡng cực. Là loại động cơ bước mạnh nhất và thường có bốn hoặc tám dây dẫn. Chúng có hai bộ cuộn dây điện từ bên trong và bước đạt được bằng cách thay đổi hướng của dòng điện trong các cuộn dây đó.
- Động cơ đơn cực. Động cơ đơn cực, có thể nhận dạng bằng cách có 5, 6 hoặc thậm chí 8 dây. Chúng cũng có hai cuộn dây, nhưng mỗi cuộn có một vòi ở giữa. Động cơ đơn cực có thể bước mà không cần phải đảo ngược hướng của dòng điện trong các cuộn dây. Điều này làm cho việc thiết bị điện tử trở nên đơn giản hơn. Tuy nhiên, vì vòi ở giữa chỉ được sử dụng để cung cấp năng lượng cho một nửa của mỗi cuộn dây tại một thời điểm nên chúng thường có mô-men xoắn nhỏ hơn so với lưỡng cực.
Thiết kế của động cơ bước cung cấp mô-men xoắn giữ cố định mà không cần động cơ được cấp điện. Với điều kiện là động cơ được sử dụng trong giới hạn của nó. Lỗi định vị sẽ không xảy ra, vì động cơ bước có các trạm được xác định trước về mặt vật lý.
So sánh giữa động cơ DC, động cơ Servo và động cơ bước
Đây là phần đánh giá tổng quan về 3 loại động cơ này. Tuy nhiên nó chỉ mang tính chất tham khảo và có yếu tố gây tranh cãi. Để lại bình luận với VCC để cùng trao đổi ngay phía dưới nhé.
Động cơ DC
Động cơ quay nhanh, liên tục. Được sử dụng cho bất kỳ ứng dụng nào cần quay với tốc độ RPM cao, ví dụ như bánh xe ô tô, quạt, v.v.
Động cơ Servo
Tốc độ nhanh, mô-men xoắn cao, quay chính xác trong một góc giới hạn. Nói chung là một giải pháp thay thế hiệu suất cao cho động cơ bước, nhưng thiết lập phức tạp hơn với điều chỉnh PWM. Phù hợp với tay / chân rô bốt hoặc điều khiển bánh lái, v.v.
Động cơ bước
Quay chậm, chính xác, dễ dàng thiết lập và điều khiển. Lợi thế hơn động cơ servo trong điều khiển vị trí. Trong trường hợp các servo yêu cầu cơ chế phản hồi và mạch hỗ trợ để dẫn động định vị, động cơ bước có khả năng điều khiển vị trí thông qua tính chất quay của nó theo số gia phân số. Phù hợp với máy in 3D và các thiết bị tương tự mà vị trí là yếu tố cơ bản.
So sánh động cơ servo và động cơ 3 phase
Động cơ 3 pha là động cơ gì?
Động cơ 3 pha thường có tên gọi là động cơ cảm ứng (còn gọi là động cơ không đồng bộ) hoặc động cơ đồng bộ. Động cơ bao gồm ba thành phần chính – stato, rôto và vỏ.
Sự khác nhau giữa động cơ servo và động cơ 3 phase
- Về Momen lực:
Mô men lực là một đại lượng trong vật lý, thể hiện tác động gây ra sự quay quanh một điểm hoặc một trục của một vật thể. Momen lực của động cơ ac servo sẽ không đổi trong một khoảng tốc độ. Nó hoàn toàn khác với động cơ 3 pha không đồng bộ chỉ đạt định momen khi quay ở tốc độ định mức.
>> Xem thêm: Động cơ servo là gì?
- Về khả năng thay đổi tốc độ đột ngột:
Động cơ 3 pha hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Tốc độ thường tăng giảm từ từ, thời gian thay đổi tốc độ hoặc dừng động cơ mất tới vài giây.
Còn động cơ servo, khả năng thay đổi tốc độ đột ngột một cách nhanh chóng. Chỉ với thời gian tính bằng tíc tắc, ngay khi nhận được lệnh, servo motor phản ứng rất nhạy để điều khiển hoạt động của thiết bị dừng chính xác.
- Về giá thành:
Có thể dễ dàng nhận thấy, “tiền nào của đấy”. Động cơ servo có chức năng đặc biệt hơn, cấu tạo phức tạp hơn so với động cơ ba pha. Chính vì thế giá thành của servo motor cũng cao hơn motor ba pha.
- Về kích thước:
Servo motor có kích thước nhỏ gọn hơn, vì thế trọng lượng cũng nhẹ hơn.
- Về khả năng thay thế sửa chữa:
Máy móc sử dụng động cơ servo khi cần sửa chữa thay thế động cơ thường yêu cầu đúng chủng loại hoặc sản phẩm có thông số kỹ thuật tương đương.
- Động cơ servo yêu cầu kiến thức chuyên môn cao hơn.
Phân biệt DC motor và Servo motor
- Số lượng dây được sử dụng trong hệ thống: hai dây hoặc ba dây.
- Hệ thống lắp ráp sử dụng
- Chuyển động quay của động cơ có liên tục hay không.
Động cơ Servo về cơ bản là một động cơ DC không chạy liên tục trong một khoảng thời gian dài hơn. Nó thiết kế 1 cách độc đáo cho phép động cơ quay ở một góc cụ thể với độ chính xác cao hơn. Và được điều khiển bởi một hệ thống phản hồi.
Động cơ điện một chiều là một thiết bị biến đổi năng lượng điện thành cơ năng. Nó dựa trên nguyên tắc bàn tay trái của Fleming rằng khi một dây dẫn được đặt trong từ trường mang dòng điện trong nó, mô-men xoắn được tạo ra làm chuyển động động cơ.
| TIÊU CHÍ | ĐỘNG CƠ SERVO | ĐỘNG CƠ DC |
|---|---|---|
| Hệ thống dây điện | Động cơ Servo là hệ thống ba dây gồm dây nguồn, đất và điều khiển. | Động cơ DC là hệ thống hai dây gồm nguồn và đất. |
| Cấu trúc | Được lắp ráp bởi cụm động cơ DC, bộ bánh răng, mạch điều khiển và một cảm biến vị trí. | Động cơ DC là một máy riêng lẻ không lắp ráp. |
| Vòng xoay | Động cơ servo không quay tự do và liên tục như động cơ DC. Vòng quay của nó được giới hạn ở 180⁰. | Chuyển động của động cơ DC là liên tục. |
| Các ví dụ | Chúng được sử dụng trong điều khiển cánh tay robot, máy gia công CNC,… | Động cơ DC được sử dụng trong bánh xe ô tô, quạt, v.v. |
Ý kiến cá nhân về động cơ servo
Tôi nghĩ điều làm cho động cơ trở thành servo là cách bạn điều khiển nó (theo kiểu vòng kín). Sự khác biệt giữa động cơ servo với các động cơ khác chỉ là phần nhỏ. Do đó, động cơ đồng bộ và không đồng bộ ba pha có thể được sử dụng làm động cơ servo. Các phương pháp được sử dụng để điều khiển hai loại động cơ này là khác nhau, vì thực tế là trong máy điện đồng bộ, trường là không đổi (nam châm) hoặc được điều khiển độc lập.
- Động cơ đồng bộ 3 pha có thiết bị đo lường. => Chúng là động cơ servo.
- Động cơ đồng bộ 3 pha không có thiết bị đo lường. => Chúng không phải là động cơ servo.
