Sự khác nhau giữa Step Motor và Servo Motor

Trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, step motor và servo motor là hai loại động cơ được sử dụng rất phổ biến. Mặc dù cùng được dùng để phục vụ mục đích điều khiển chuyển động chính xác, nhưng step motor và servo motor lại có khá nhiều điểm khác biệt. Trong bài viết này, bạn đọc hãy cùng Anpha Tech tìm hiểu cụ thể về sự khác nhau giữa step motor và servo motor từ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, hiệu suất đến ưu nhược điểm.

Tổng quan về Step Motor và Servo Motor

Trước khi đi sâu vào tìm hiểu những điểm khác biệt giữa step motor và servo motor, ta cần phải biết step motor là gì và servo motor là gì.

Step Motor là gì?

Step motor, hay còn gọi là động cơ bước, là một loại động cơ điện hoạt động bằng cách biến đổi các tín hiệu xung điện thành chuyển động góc quay rời rạc theo từng bước. Mỗi xung tín hiệu sẽ làm cho rotor của động cơ quay một góc chính xác, thường là 1.8 độ. Điều này có nghĩa là để quay đủ một vòng 360 độ, nó cần thực hiện 200 bước.

Điểm đặc trưng nhất của động cơ bước – step motor là nó hoạt động theo cơ chế điều khiển vòng hở, tức là không cần cảm biến để phản hồi vị trí. Bộ điều khiển (driver) chỉ đơn giản là gửi đi số xung tương ứng với vị trí mong muốn và tin rằng động cơ sẽ thực hiện chính xác.

Servo Motor là gì?

Servo motor là một hệ thống động cơ khép kín, có khả năng kiểm soát chính xác về vị trí, tốc độ và mô men xoắn. Khác với step motor, Servo motor luôn đi kèm một bộ phận phản hồi gọi là encoder. Encoder liên tục đọc vị trí thực tế của trục động cơ và gửi tín hiệu về bộ điều khiển.

Nhờ cơ chế điều khiển vòng kín này, bộ điều khiển có thể so sánh vị trí mong muốn với vị trí thực tế và tự động điều chỉnh nếu có bất kỳ sai lệch nào. Điều này giúp servo motor đạt độ chính xác và hiệu suất vượt trội, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu cao về độ chính xác.

Sự khác biệt về cấu tạo

Cấu trúc bên ngoài của hai loại động cơ step motor và servo motor tương đối giống nhau. Tuy nhiên cấu tạo chi tiết bên trong lại khá khác biệt, và quyết định hoàn toàn đến cách chúng hoạt động.

Cấu tạo của Step Motor

Cấu tạo của step motor tương đối đơn giản với hai bộ phận chính là Rotor và Stator. Rotor là một nam châm vĩnh cửu có rất nhiều cặp cực từ (thường từ 50 đến 100 cực) còn Stator là phần vỏ chứa các cuộn dây được bố trí xung quanh rotor.

Cứ mỗi xung điện truyền đến chỉ dịch chuyển rotor một góc rất nhỏ, khoảng 1.8 độ và lặp lại liên tục đến khi tròn 360 độ. Điều này tạo ra chuyển động theo từng bước đặc trưng của step motor. Cấu tạo của step motor không có chổi than, giúp tăng độ bền và giảm thiểu nhu cầu bảo trì.

Cấu tạo Servo Motor

So với step motor, cấu tạo của servo motor có phần phức tạp hơn gồm các bộ phận như: Động cơ đồng bộ AC 3 pha với rotor làm từ nam châm vĩnh cửu từ 4 đến 12 cặp cực. Encoder được gắn ở đuôi động cơ để mã hóa và phản hồi thông tin vị trí về bộ điều khiển. Cuối cùng là bộ điều khiển có màn hình để cài đặt thông số hoặc kết nối với phần mềm trên máy tính giúp việc tinh chỉnh dễ dàng hơn.

Khác biệt về nguyên lý hoạt động

Step Motor hoạt động theo nguyên lý bộ điều khiển ra lệnh và “giả định” động cơ đã di chuyển đến đúng vị trí. Step motor không có cơ chế kiểm tra lại. Nếu động cơ bị kẹt hoặc quá tải, nó sẽ bị trượt bước, dẫn đến sai lệch vị trí mà bộ điều khiển không hề hay biết.

Còn với động cơ servo motor, bộ điều khiển sẽ liên tục nhận được phản hồi từ encoder gửi về. Một khi phát hiện trục động cơ chưa đến đúng vị trí yêu cầu, nó sẽ tự động tăng dòng điện để đảm bảo động cơ luôn đạt được vị trí chính xác.

Sự khác biệt về tốc độ và hiệu suất

Về tốc độ hoạt động, Step motor hoạt động hiệu quả nhất ở tốc độ thấp, thường dưới 1000-1200 vòng/phút. Khi tốc độ tăng lên, hiệu suất và mô men xoắn của nó giảm đi đáng kể.

Ngược lại, servo motor lại hoạt động hiệu quả nhất với tốc độ cao. Nó có thể hoạt động ổn định ở tốc độ lên đến 1500-3000 vòng/phút và có thể đạt đỉnh lên tới 6000 vòng/phút trong thời gian ngắn. Ngoài ra, khả năng tăng tốc và giảm tốc đột ngột của servo motor cũng vượt trội hơn hẳn so với step motor.

Sự khác biệt về ưu nhược điểm

Mỗi loại động cơ đều có những điểm mạnh và điểm yếu riêng, phù hợp với các nhu cầu khác nhau.

Ưu điểm nhược điểm của Step Motor

Ưu điểm của step motor là chi phí đầu tư thấp, các điều khiển đơn giản, không yêu cầu kỹ thuật viên phải có trình độ chuyên môn cao. Khi đứng yên, step motor có khả năng giữ vị trí rất tốt, không có hiện tượng bị rung và tuổi thọ sử dụng cao và ít cần bảo dưỡng.

Nhược điểm cần chú ý của step motor là có nguy cơ bị trượt bước cao, tố độ hoạt động giới hạn, khi hoạt động có thể tạo ra âm thanh ồn ào và tieu tốn khá nhiều điện.

Ưu nhược điểm của Servo Motor

Ưu điểm vượt trội của servo motor là tốc độ và gia tốc cao, rất phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi chu kỳ nhanh, độ chính xác gần như tuyệt đối, mô men hoạt động ổn định, máy chậy êm ái và tiết kiệm năng lượng. Tuy nhiên nhược điểm của nó là chi phí cao, yêu cầu người điều khiển phải có kiến thức chuyên môn sâu, kích thước của động cơ khá lớn gây tốn diện tích và có thể bị rung nhẹ khi dừng.

So sánh về tính ứng dụng thực tế của Step Motor với Servo Motor

Trong thực tế, step motor được ứng dụng phổ biến trên các thiết bị không yêu cầu quá cao về tốc độ (step motor hoạt động tốt ở tốc độ thấp) và có giá thành phải chăng như: Máy in 3D và máy khắc laser mini, máy CNC tải nhẹ, thiết bị y tế và phòng thí nghiệm hay hệ thống lấy nét máy ảnh, máy scan, máy in văn phòng,…

Với lợi thế về hiệu suất và độ chính xác vượt trội, servo motor được ứng dụng vô cùng phổ biến trong các lĩnh vực yêu cầu cao về độ chính xác như: Robot công nghiệp, máy CNC công nghiệp nặng, trong dây chuyền sản xuất đóng gói tự động, trong ngành dệt may và in ấn công nghiệp,…

Kết bài

Thông qua những thông tin chi tiết Cơ Khí Anpha – Anpha Tech vừa chia sẻ trong bài viết trên. Mong rằng bạn đọc đã hiểu rõ về sự khác nhau giữa step motor và servo motor để có cơ sở cân nhắc, lựa chọn thiết bị phù hợp với mục đích sử dụng.