มอเตอร์สเต็ปเปอร์ราคาถูกเป็นทางเลือกแทนมอเตอร์เซอร์โวได้อย่างไร

วงจรปิดมอเตอร์สเต็ปเปอร์ได้เปลี่ยนอัตราส่วนประสิทธิภาพต่อต้นทุนในแอปพลิเคชันการควบคุมการเคลื่อนไหวมากมาย ความสำเร็จของมอเตอร์แบบวงจรปิด VIC โปรเกรสซีฟยังเปิดโอกาสให้เปลี่ยนมอเตอร์เซอร์โวราคาแพงด้วยมอเตอร์ราคาถูกมอเตอร์สเต็ปเปอร์ในแอปพลิเคชันระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมมาตรฐานสูงที่เพิ่มมากขึ้นนั้น ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีกำลังเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนประสิทธิภาพต่อต้นทุนระหว่างมอเตอร์สเต็ปเปอร์และมอเตอร์เซอร์โว
มอเตอร์สเต็ปเปอร์เทียบกับมอเตอร์เซอร์โว
ตามความเชื่อทั่วไป ระบบควบคุมเซอร์โวมีประสิทธิภาพดีกว่าในการใช้งานที่ต้องใช้ความเร็วเกิน 800 RPM และการตอบสนองแบบไดนามิกสูง มอเตอร์สเต็ปเปอร์เหมาะสำหรับการใช้งานที่ความเร็วต่ำ อัตราเร่งต่ำถึงปานกลาง และแรงบิดยึดสูง
แล้วอะไรคือพื้นฐานของความรู้ความเข้าใจแบบเดิมๆ เกี่ยวกับมอเตอร์สเต็ปเปอร์และมอเตอร์เซอร์โว มาวิเคราะห์กันอย่างละเอียดด้านล่าง

1. ความเรียบง่ายและต้นทุน
มอเตอร์สเต็ปเปอร์ไม่เพียงแต่ราคาถูกกว่ามอเตอร์เซอร์โวเท่านั้น แต่ยังง่ายต่อการติดตั้งและบำรุงรักษาอีกด้วย มอเตอร์สเต็ปเปอร์มีเสถียรภาพเมื่อหยุดนิ่งและคงตำแหน่งไว้ได้ (แม้จะมีโหลดแบบไดนามิก) อย่างไรก็ตาม หากต้องการประสิทธิภาพที่สูงกว่าสำหรับการใช้งานบางอย่าง จะต้องใช้มอเตอร์เซอร์โวที่มีราคาแพงและซับซ้อนกว่า
2.โครงสร้าง
มอเตอร์สเต็ปเปอร์หมุนแบบเป็นขั้นบันไดโดยใช้ขดลวดแม่เหล็กเพื่อดึงแม่เหล็กจากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งอย่างค่อยเป็นค่อยไป หากต้องการเคลื่อนย้ายมอเตอร์ 100 ตำแหน่งในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง วงจรจะต้องใช้มอเตอร์ทำงาน 100 ครั้งแบบสเต็ปเปอร์ มอเตอร์สเต็ปเปอร์ใช้พัลส์เพื่อให้เกิดการเคลื่อนไหวแบบเพิ่มขึ้นทีละน้อย ทำให้สามารถกำหนดตำแหน่งได้อย่างแม่นยำโดยไม่ต้องใช้เซ็นเซอร์ป้อนกลับใดๆ

วิธีการเคลื่อนที่ของมอเตอร์เซอร์โวนั้นแตกต่างกัน โดยจะเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ตำแหน่ง (หรือตัวเข้ารหัส) เข้ากับโรเตอร์แม่เหล็ก และตรวจจับตำแหน่งที่แน่นอนของมอเตอร์อย่างต่อเนื่อง เซอร์โวจะตรวจสอบความแตกต่างระหว่างตำแหน่งจริงของมอเตอร์กับตำแหน่งที่สั่งการ และปรับกระแสไฟให้เหมาะสม ระบบวงปิดนี้จะทำให้มอเตอร์อยู่ในสถานะการเคลื่อนที่ที่ถูกต้อง

3. ความเร็วและแรงบิด
ความแตกต่างในประสิทธิภาพการทำงานระหว่างมอเตอร์สเต็ปเปอร์และมอเตอร์เซอร์โวเกิดจากโซลูชันการออกแบบมอเตอร์ที่แตกต่างกันมอเตอร์สเต็ปเปอร์มอเตอร์สเต็ปเปอร์มีขั้วมากกว่าเซอร์โวมอเตอร์มาก ดังนั้นการหมุนรอบเต็มรอบของมอเตอร์สเต็ปเปอร์จึงต้องมีการแลกเปลี่ยนกระแสขดลวดมากขึ้น ส่งผลให้แรงบิดลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ หากแรงบิดถึงระดับสูงสุดแล้ว มอเตอร์สเต็ปเปอร์อาจสูญเสียฟังก์ชันการซิงโครไนซ์ความเร็ว ด้วยเหตุผลเหล่านี้ มอเตอร์เซอร์โวจึงเป็นโซลูชันที่ต้องการในแอปพลิเคชันความเร็วสูงส่วนใหญ่ ในทางตรงกันข้าม จำนวนขั้วที่มากขึ้นของมอเตอร์สเต็ปเปอร์จะมีข้อได้เปรียบที่ความเร็วต่ำ เมื่อมอเตอร์สเต็ปเปอร์มีข้อได้เปรียบด้านแรงบิดเหนือมอเตอร์เซอร์โวที่มีขนาดเท่ากัน

เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น แรงบิดของมอเตอร์สเต็ปเปอร์จะลดลง

4. การวางตำแหน่ง
มีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างมอเตอร์สเต็ปเปอร์และมอเตอร์เซอร์โวในการใช้งานที่ต้องทราบตำแหน่งที่แน่นอนของเครื่องจักรตลอดเวลา ในการใช้งานการเคลื่อนที่แบบวงเปิดที่ควบคุมด้วยมอเตอร์สเต็ปเปอร์ ระบบควบคุมจะถือว่ามอเตอร์อยู่ในสถานะการเคลื่อนที่ที่ถูกต้องเสมอ อย่างไรก็ตาม หลังจากพบปัญหา เช่น มอเตอร์หยุดทำงานเนื่องจากชิ้นส่วนติดขัด ตัวควบคุมจะไม่สามารถทราบตำแหน่งที่แท้จริงของเครื่องจักรได้ ซึ่งอาจนำไปสู่การสูญเสียตำแหน่ง ระบบวงปิดของมอเตอร์เซอร์โวเองมีข้อดีคือ หากมีวัตถุติดขัด เครื่องจักรจะตรวจจับได้ทันที เครื่องจักรจะหยุดทำงานและจะไม่เคลื่อนออกจากตำแหน่งอย่างแน่นอน

5. การบริโภคความร้อนและพลังงาน
มอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบโอเพนลูปใช้กระแสไฟฟ้าคงที่และปล่อยความร้อนออกมาจำนวนมาก การควบคุมแบบโอเพนลูปจะจ่ายกระแสไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับวงจรความเร็วเท่านั้น จึงหลีกเลี่ยงปัญหามอเตอร์ร้อนได้
สรุปการเปรียบเทียบ
ระบบควบคุมเซอร์โวเหมาะที่สุดสำหรับการใช้งานความเร็วสูงที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโหลดแบบไดนามิก เช่น แขนหุ่นยนต์ ในทางกลับกัน ระบบควบคุมสเต็ปเปอร์เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการเร่งความเร็วต่ำถึงปานกลางและแรงบิดยึดสูง เช่น เครื่องพิมพ์ 3 มิติ สายพานลำเลียง แกนย่อย ฯลฯ เนื่องจากมอเตอร์สเต็ปเปอร์มีราคาถูกกว่า จึงสามารถลดต้นทุนของระบบอัตโนมัติได้เมื่อใช้งาน ระบบควบคุมการเคลื่อนที่ที่ต้องการใช้ประโยชน์จากคุณลักษณะของมอเตอร์เซอร์โวจะต้องพิสูจน์ว่ามอเตอร์ที่มีราคาสูงกว่าเหล่านี้มีค่าควรแก่การลงทุน

มอเตอร์สเต็ปเปอร์พร้อมระบบควบคุมแบบวงปิด
มอเตอร์สเต็ปเปอร์พร้อมระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์แบบบูรณาการเทียบเท่ากับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงไร้แปรงถ่านสองเฟสและสามารถควบคุมลูปตำแหน่ง ลูปความเร็ว การควบคุม DQ และอัลกอริทึมอื่นๆ ได้ มีการใช้ตัวเข้ารหัสสัมบูรณ์แบบรอบเดียวสำหรับการสับเปลี่ยนแบบวงปิด จึงรับประกันแรงบิดที่เหมาะสมที่สุดที่ความเร็วใดๆ ก็ได้
ใช้พลังงานต่ำและรักษาความเย็น
มอเตอร์สเต็ปเปอร์ VIC ประหยัดพลังงานได้สูง ซึ่งแตกต่างจากมอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบวงเปิดที่ทำงานด้วยกระแสเต็มตลอดเวลาและก่อให้เกิดปัญหาความร้อนและเสียงรบกวน กระแสไฟจะเปลี่ยนแปลงตามสภาพการเคลื่อนที่จริง เช่น ในระหว่างการเร่งความเร็วและลดความเร็ว เช่นเดียวกับเซอร์โว กระแสไฟที่มอเตอร์สเต็ปเปอร์เหล่านี้ใช้ในแต่ละช่วงเวลาจะแปรผันตามแรงบิดที่ต้องการจริง เนื่องจากมอเตอร์และบอร์ดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ในตัวทำงานเย็นกว่า มอเตอร์สเต็ปเปอร์ VIC จึงสามารถสร้างแรงบิดสูงสุดได้สูงกว่าที่เทียบได้กับมอเตอร์เซอร์โว

แม้จะมีความเร็วสูง มอเตอร์สเต็ปเปอร์ VIC ยังต้องการกระแสไฟน้อยกว่า

ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีวงจรปิด มอเตอร์สเต็ปเปอร์จึงสามารถเจาะเข้าไปในแอพพลิเคชั่นประสิทธิภาพสูงและความเร็วสูงที่ก่อนหน้านี้จำกัดเฉพาะในมอเตอร์เซอร์โวเท่านั้น
มอเตอร์สเต็ปเปอร์ที่มีเทคโนโลยีวงจรปิด
จะเกิดอะไรขึ้นหากข้อดีของเทคโนโลยีเซอร์โวแบบวงปิดสามารถนำไปใช้กับมอเตอร์สเต็ปเปอร์ได้?
เราจะสามารถบรรลุประสิทธิภาพที่เทียบเคียงได้กับมอเตอร์เซอร์โวในขณะที่ยังคงตระหนักถึงข้อได้เปรียบด้านต้นทุนของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ได้หรือไม่?
การผสมผสานเทคโนโลยีการควบคุมแบบวงปิดทำให้สเต็ปเปอร์มอเตอร์กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่ครอบคลุมซึ่งมีข้อดีของทั้งเซอร์โวและสเต็ปเปอร์มอเตอร์ในต้นทุนต่ำ เนื่องจากสเต็ปเปอร์มอเตอร์แบบวงปิดช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและประสิทธิภาพการใช้พลังงานได้อย่างมาก จึงสามารถใช้แทนเซอร์โวมอเตอร์ที่มีราคาแพงกว่าได้ในแอปพลิเคชันมาตรฐานสูงที่เพิ่มมากขึ้น
ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของมอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบรวม VIC พร้อมการควบคุมแบบวงปิดแบบฝัง เพื่ออธิบายประสิทธิภาพ ข้อดีข้อเสียของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ที่ใช้เทคโนโลยีวงปิด

ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพอย่างแม่นยำ
เพื่อให้แน่ใจว่ามีแรงบิดเพียงพอที่จะเอาชนะการรบกวนและหลีกเลี่ยงการสูญเสียขั้นตอน มอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบวงเปิดมักจะต้องแน่ใจว่าแรงบิดสูงกว่าค่าที่ต้องการสำหรับแอปพลิเคชันอย่างน้อย 40% มอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบวงปิดทั้งหมดไม่มีปัญหานี้ เมื่อมอเตอร์สเต็ปเปอร์เหล่านี้หยุดทำงานเนื่องจากโหลดเกิน มอเตอร์จะยังคงรับโหลดต่อไปโดยไม่สูญเสียแรงบิด มอเตอร์จะยังคงทำงานต่อไปหลังจากลบเงื่อนไขโหลดเกินออกไปแล้ว สามารถรับประกันแรงบิดสูงสุดได้ที่ความเร็วที่กำหนดใดๆ และเซ็นเซอร์ตำแหน่งจะรับประกันว่าไม่มีการสูญเสียขั้นตอน ดังนั้น มอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบวงปิดจึงสามารถระบุให้ตรงกับข้อกำหนดแรงบิดของแอปพลิเคชันที่เกี่ยวข้องได้อย่างแม่นยำโดยไม่ต้องมีระยะขอบเพิ่มเติม 40%
มอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบวงเปิดทำให้ยากต่อการตอบสนองความต้องการแรงบิดทันทีที่สูงเนื่องจากมีความเสี่ยงที่จะสูญเสียขั้นตอน เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบธรรมดาแล้ว มอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบวงปิด VIC สามารถเร่งความเร็วได้เร็วมาก มีเสียงรบกวนในการทำงานต่ำ และมีการสั่นสะเทือนต่ำ มอเตอร์เหล่านี้สามารถทำงานได้ในแบนด์วิดท์ที่สูงขึ้นมากและมีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม

ไม่มีตู้
Toda ผสานบอร์ดควบคุมไดรฟ์เข้ากับมอเตอร์ ช่วยลดปริมาณสายไฟและทำให้โซลูชันการใช้งานง่ายขึ้น ด้วย Toda คุณสามารถสร้างเครื่องจักรโดยไม่ต้องใช้ตู้

การรวมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เข้ากับมอเตอร์สเต็ปเปอร์ช่วยลดความซับซ้อน
ด้วยเทคโนโลยีวงจรปิด มอเตอร์สเต็ปเปอร์วงจรปิดจึงมอบความแม่นยำและประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมให้กับผู้ใช้ พร้อมด้วยประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์เซอร์โวและต้นทุนต่ำของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ มอเตอร์สเต็ปเปอร์ต้นทุนต่ำกำลังเข้ามามีบทบาทมากขึ้นเรื่อยๆ ในแอพพลิเคชั่นที่ปกติแล้วมอเตอร์เซอร์โวต้นทุนสูงจะครองตลาดอยู่