มอเตอร์สเต็ปเปอร์ราคาถูกเป็นทางเลือกแทนมอเตอร์เซอร์โวได้อย่างไร

วงจรปิดมอเตอร์สเต็ปเปอร์ได้เปลี่ยนอัตราส่วนประสิทธิภาพต่อต้นทุนในการใช้งานควบคุมการเคลื่อนที่มากมาย ความสำเร็จของมอเตอร์แบบโปรเกรสซีฟลูปปิด VIC ยังเปิดโอกาสให้เปลี่ยนจากมอเตอร์เซอร์โวราคาแพงเป็นมอเตอร์ราคาประหยัดมอเตอร์สเต็ปเปอร์ในการใช้งานระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมที่มีมาตรฐานสูงเพิ่มมากขึ้น ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีกำลังเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนประสิทธิภาพต่อต้นทุนระหว่างมอเตอร์สเต็ปเปอร์และมอเตอร์เซอร์โว
มอเตอร์สเต็ปเปอร์เทียบกับมอเตอร์เซอร์โว
ตามความเชื่อทั่วไป ระบบควบคุมเซอร์โวมีประสิทธิภาพดีกว่าในการใช้งานที่ต้องการความเร็วรอบเกิน 800 รอบต่อนาทีและต้องการการตอบสนองแบบไดนามิกสูง มอเตอร์สเต็ปเปอร์เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความเร็วต่ำ อัตราเร่งต่ำถึงปานกลาง และแรงบิดยึดสูง
แล้วอะไรคือพื้นฐานของความรู้ความเข้าใจแบบเดิมๆ เกี่ยวกับมอเตอร์สเต็ปเปอร์และมอเตอร์เซอร์โว ลองมาวิเคราะห์กันอย่างละเอียดด้านล่าง

1. ความเรียบง่ายและต้นทุน
มอเตอร์สเต็ปเปอร์ไม่เพียงแต่ราคาถูกกว่ามอเตอร์เซอร์โวเท่านั้น แต่ยังง่ายต่อการติดตั้งและบำรุงรักษาอีกด้วย มอเตอร์สเต็ปเปอร์มีความเสถียรแม้ขณะหยุดนิ่งและคงตำแหน่งเดิมไว้ได้ (แม้จะมีโหลดแบบไดนามิก) อย่างไรก็ตาม หากต้องการประสิทธิภาพที่สูงขึ้นสำหรับการใช้งานบางประเภท จำเป็นต้องใช้มอเตอร์เซอร์โวที่มีราคาแพงและซับซ้อนกว่า
2. โครงสร้าง
มอเตอร์สเต็ปเปอร์หมุนแบบขั้นบันได โดยใช้ขดลวดแม่เหล็กค่อยๆ ดึงแม่เหล็กจากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่ง ในการเคลื่อนมอเตอร์ 100 ตำแหน่งในทิศทางใดก็ได้ วงจรนี้จำเป็นต้องทำงานแบบสเต็ป 100 ครั้งกับมอเตอร์ มอเตอร์สเต็ปเปอร์ใช้พัลส์เพื่อให้เกิดการเคลื่อนที่แบบค่อยเป็นค่อยไป ทำให้สามารถกำหนดตำแหน่งได้อย่างแม่นยำโดยไม่ต้องใช้เซ็นเซอร์ป้อนกลับใดๆ

วิธีการเคลื่อนที่ของมอเตอร์เซอร์โวนั้นแตกต่างออกไป โดยจะเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ตำแหน่ง (เช่น ตัวเข้ารหัส) เข้ากับโรเตอร์แม่เหล็ก และตรวจจับตำแหน่งที่แน่นอนของมอเตอร์อย่างต่อเนื่อง เซอร์โวจะตรวจสอบความแตกต่างระหว่างตำแหน่งจริงของมอเตอร์และตำแหน่งที่สั่งการ และปรับกระแสไฟฟ้าให้เหมาะสม ระบบวงปิดนี้ช่วยรักษามอเตอร์ให้อยู่ในสถานะการเคลื่อนที่ที่ถูกต้อง

3. ความเร็วและแรงบิด
ความแตกต่างในประสิทธิภาพระหว่างมอเตอร์สเต็ปเปอร์และเซอร์โวเกิดจากโซลูชันการออกแบบมอเตอร์ที่แตกต่างกันมอเตอร์สเต็ปเปอร์มอเตอร์สเต็ปเปอร์มีจำนวนขั้วมากกว่าเซอร์โวมอเตอร์มาก ดังนั้นการหมุนรอบเต็มรอบของมอเตอร์สเต็ปเปอร์จึงต้องใช้การแลกเปลี่ยนกระแสขดลวดมากขึ้น ส่งผลให้แรงบิดลดลงอย่างรวดเร็วที่ความเร็วเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ หากแรงบิดถึงขีดสุด มอเตอร์สเต็ปเปอร์อาจสูญเสียฟังก์ชันการซิงโครไนซ์ความเร็ว ด้วยเหตุผลเหล่านี้ มอเตอร์เซอร์โวจึงเป็นโซลูชันที่ได้รับความนิยมในการใช้งานความเร็วสูงส่วนใหญ่ ในทางตรงกันข้าม จำนวนขั้วที่มากขึ้นของมอเตอร์สเต็ปเปอร์จะได้เปรียบที่ความเร็วต่ำ เมื่อมอเตอร์สเต็ปเปอร์มีข้อได้เปรียบด้านแรงบิดเหนือมอเตอร์เซอร์โวที่มีขนาดเท่ากัน

เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น แรงบิดของมอเตอร์สเต็ปเปอร์จะลดลง

4. การวางตำแหน่ง
มีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างมอเตอร์สเต็ปเปอร์และมอเตอร์เซอร์โวในการใช้งานที่ต้องทราบตำแหน่งที่แน่นอนของเครื่องจักรตลอดเวลา ในการใช้งานการเคลื่อนที่แบบวงเปิดที่ควบคุมด้วยมอเตอร์สเต็ปเปอร์ ระบบควบคุมจะถือว่ามอเตอร์อยู่ในสถานะการเคลื่อนที่ที่ถูกต้องอยู่เสมอ อย่างไรก็ตาม หลังจากพบปัญหา เช่น มอเตอร์หยุดทำงานเนื่องจากชิ้นส่วนติดขัด ตัวควบคุมจะไม่สามารถทราบตำแหน่งที่แท้จริงของเครื่องจักรได้ ซึ่งอาจนำไปสู่การสูญเสียตำแหน่ง ระบบวงปิดของมอเตอร์เซอร์โวมีข้อดีคือ หากมีวัตถุติดขัด เครื่องจักรจะตรวจจับได้ทันที เครื่องจักรจะหยุดทำงานและจะไม่หลุดออกจากตำแหน่ง

5. การบริโภคความร้อนและพลังงาน
มอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบวงเปิดใช้กระแสคงที่และปล่อยความร้อนออกมามาก การควบคุมแบบวงปิดจะจ่ายกระแสเฉพาะที่จำเป็นสำหรับวงจรควบคุมความเร็ว จึงหลีกเลี่ยงปัญหามอเตอร์ร้อนเกินไป
สรุปการเปรียบเทียบ
ระบบควบคุมเซอร์โวเหมาะที่สุดสำหรับการใช้งานความเร็วสูงที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโหลดแบบไดนามิก เช่น แขนหุ่นยนต์ ในทางกลับกัน ระบบควบคุมสเต็ปเปอร์เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความเร่งต่ำถึงปานกลางและแรงบิดยึดสูง เช่น เครื่องพิมพ์ 3 มิติ สายพานลำเลียง แกนย่อย ฯลฯ เนื่องจากสเต็ปเปอร์มอเตอร์มีราคาถูกกว่า จึงสามารถลดต้นทุนของระบบอัตโนมัติได้ ระบบควบคุมการเคลื่อนที่ที่ต้องการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของเซอร์โวมอเตอร์ จะต้องพิสูจน์ว่ามอเตอร์ราคาสูงเหล่านี้คุ้มค่า

มอเตอร์สเต็ปเปอร์พร้อมการควบคุมแบบวงปิด
มอเตอร์สเต็ปเปอร์พร้อมระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ในตัว เทียบเท่ากับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงไร้แปรงถ่านสองเฟส และสามารถควบคุมวงรอบตำแหน่ง วงรอบความเร็ว การควบคุม DQ และอัลกอริทึมอื่นๆ ได้ มีการใช้ตัวเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์แบบรอบเดียวสำหรับการสับเปลี่ยนวงรอบปิด เพื่อให้ได้แรงบิดที่เหมาะสมที่สุดในทุกความเร็ว
ใช้พลังงานต่ำและรักษาความเย็น
มอเตอร์สเต็ปเปอร์ VIC ประหยัดพลังงานสูง ต่างจากมอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบวงเปิดที่ทำงานด้วยกระแสเต็มตลอดเวลาและก่อให้เกิดปัญหาความร้อนและเสียงรบกวน กระแสจะเปลี่ยนแปลงตามสภาวะการเคลื่อนที่จริง เช่น ขณะเร่งความเร็วและลดความเร็ว เช่นเดียวกับเซอร์โว กระแสที่มอเตอร์สเต็ปเปอร์เหล่านี้ใช้ในแต่ละช่วงเวลาจะแปรผันตามแรงบิดที่ต้องการจริง เนื่องจากมอเตอร์และแผงควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ในตัวมีอุณหภูมิต่ำกว่า มอเตอร์สเต็ปเปอร์ VIC จึงสามารถให้แรงบิดสูงสุดได้สูงกว่าเมื่อเทียบกับมอเตอร์เซอร์โว

แม้ที่ความเร็วสูง มอเตอร์สเต็ปเปอร์ VIC ยังต้องการกระแสไฟน้อยกว่า

ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีวงจรปิด มอเตอร์สเต็ปเปอร์จึงสามารถเจาะทะลุการใช้งานประสิทธิภาพสูงและความเร็วสูงที่ก่อนหน้านี้จำกัดอยู่แค่ในมอเตอร์เซอร์โวเท่านั้น
มอเตอร์สเต็ปเปอร์พร้อมเทคโนโลยีวงจรปิด
จะเกิดอะไรขึ้นหากข้อดีของเทคโนโลยีเซอร์โวแบบวงปิดสามารถนำไปใช้กับมอเตอร์สเต็ปเปอร์ได้?
เราจะสามารถบรรลุประสิทธิภาพที่เทียบเคียงได้กับมอเตอร์เซอร์โวในขณะที่ยังคงได้ประโยชน์ด้านต้นทุนของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ได้หรือไม่
ด้วยการผสมผสานเทคโนโลยีการควบคุมแบบวงปิด มอเตอร์สเต็ปเปอร์จะกลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่ครอบคลุมพร้อมข้อได้เปรียบของทั้งเซอร์โวและสเต็ปเปอร์มอเตอร์ในราคาที่ต่ำ เนื่องจากมอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบวงปิดให้ประสิทธิภาพและประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดีขึ้นอย่างมาก จึงสามารถใช้แทนเซอร์โวมอเตอร์ที่มีราคาแพงกว่าได้ในการใช้งานมาตรฐานสูงจำนวนมากขึ้น
ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของมอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบบูรณาการ VIC ที่มีการควบคุมแบบวงปิดแบบฝังเพื่ออธิบายประสิทธิภาพ ข้อดีและข้อเสียของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ที่ใช้เทคโนโลยีวงปิด

ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพอย่างแม่นยำ
เพื่อให้มั่นใจว่ามีแรงบิดเพียงพอที่จะรับมือกับการรบกวนและหลีกเลี่ยงการสูญเสียสเต็ป มอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบวงเปิดมักจะต้องมั่นใจว่าแรงบิดนั้นสูงกว่าค่าที่กำหนดสำหรับการใช้งานอย่างน้อย 40% มอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบวงปิดในปัจจุบันไม่มีปัญหานี้ เมื่อมอเตอร์สเต็ปเปอร์เหล่านี้หยุดทำงานเนื่องจากโอเวอร์โหลด มอเตอร์จะยังคงรักษาโหลดไว้โดยไม่สูญเสียแรงบิด และจะทำงานต่อไปหลังจากสภาวะโอเวอร์โหลดได้รับการแก้ไขแล้ว สามารถรับประกันแรงบิดสูงสุดได้ที่ความเร็วใดๆ ก็ตาม และเซ็นเซอร์ตำแหน่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะไม่มีการสูญเสียสเต็ป ดังนั้น มอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบวงปิดจึงสามารถกำหนดค่าให้ตรงกับความต้องการแรงบิดของการใช้งานที่เกี่ยวข้องได้อย่างแม่นยำโดยไม่จำเป็นต้องเพิ่มระยะขอบอีก 40%
มอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบวงเปิดทำให้ยากต่อการตอบสนองความต้องการแรงบิดสูงทันทีเนื่องจากมีความเสี่ยงที่จะเกิดการสูญเสียสเต็ป เมื่อเทียบกับมอเตอร์สเต็ปเปอร์ทั่วไป มอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบวงปิดของ VIC สามารถเร่งความเร็วได้เร็วมาก เสียงรบกวนขณะทำงานต่ำ และมีค่าเรโซแนนซ์ต่ำ มอเตอร์เหล่านี้สามารถทำงานได้ที่แบนด์วิดท์สูงกว่ามากและมีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม

ไม่มีตู้
Toda ผสานรวมแผงควบคุมไดรฟ์เข้ากับมอเตอร์ ช่วยลดปริมาณการเดินสายไฟและทำให้โซลูชันการใช้งานง่ายขึ้น ด้วย Toda คุณสามารถสร้างเครื่องจักรโดยไม่ต้องใช้ตู้ควบคุม

การผสานรวมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เข้ากับมอเตอร์สเต็ปเปอร์ช่วยลดความซับซ้อน
ด้วยเทคโนโลยีวงจรปิด มอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบวงจรปิดมอบความแม่นยำและประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมแก่ผู้ใช้ ด้วยประสิทธิภาพเทียบเท่าเซอร์โวมอเตอร์และต้นทุนต่ำของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ มอเตอร์สเต็ปเปอร์ราคาประหยัดกำลังค่อยๆ เข้ามามีบทบาทมากขึ้น ซึ่งปกติแล้วมอเตอร์เซอร์โวราคาสูงจะครองตลาดอยู่