Cách chọn Động cơ Bước – Stepper Motor
Có một số tiêu chí quan trọng liên quan đến việc lựa chọn động cơ bước phù hợp:
- Chuyển động cơ học mong muốn
- Tốc độ
- Tải
- Chế độ bước
- Cấu hình cuộn dây
Với các xung logic đầy đủ, động cơ bước có thể là động cơ hai chiều, đồng bộ, cung cấp khả năng tăng tốc nhanh, chạy/dừng và dễ dàng giao tiếp với các cơ chế kỹ thuật số khác. Được đặc trưng bởi mô men quán tính rotor thấp, không trôi và lỗi định vị không tích lũy, động cơ bước là giải pháp tiết kiệm chi phí cho nhiều ứng dụng điều khiển chuyển động.
Động cơ bước được vận hành mà không có phản hồi, theo kiểu vòng hở và đôi khi có hiệu suất tương đương với các hệ thống servo DC đắt tiền hơn. Như đã đề cập trước đó, độ không chính xác duy nhất liên quan đến động cơ bước là lỗi định vị không tích lũy được đo bằng % góc bước. Thông thường, động cơ bước được sản xuất với độ chính xác bước trong khoảng 3-5%.
Nhà thiết kế hệ thống nên điều chỉnh các đặc tính của các thành phần mà mình kiểm soát để đáp ứng các thông số kỹ thuật thiết kế. Các yếu tố cần được xem xét bao gồm các lựa chọn động cơ bước, trình điều khiển và nguồn điện, cũng như truyền động cơ học, chẳng hạn như bánh răng hoặc giảm trọng lượng tải thông qua việc sử dụng các vật liệu thay thế. Một số mối quan hệ và thông số hệ thống này được mô tả trong hướng dẫn này.
- Tải trọng quán tính
Quán tính là thước đo sức cản của vật thể đối với sự thay đổi vận tốc. Quán tính của vật thể càng lớn thì mô men xoắn cần thiết để tăng tốc hoặc giảm tốc càng lớn. Quán tính là hàm số của khối lượng và hình dạng của vật thể. Nhà thiết kế hệ thống có thể muốn chọn hình dạng thay thế hoặc vật liệu có mật độ thấp để có hiệu suất tối ưu. Nếu có một lượng mô men xoắn hạn chế trong hệ thống đã chọn, thì thời gian tăng tốc và giảm tốc phải tăng lên. Chúng tôi khuyến nghị rằng tỷ lệ giữa quán tính của hệ thống và quán tính của rôto không vượt quá 10:1. Có thể sử dụng hộp số để giúp đạt được tỷ lệ này.
- Tải trọng ma sát
Tất cả các hệ thống cơ học đều thể hiện một lực ma sát nào đó. Người thiết kế hệ thống động cơ bước phải có khả năng dự đoán các yếu tố gây ra ma sát bên trong hệ thống. Các yếu tố này có thể ở dạng lực cản ổ trục, ma sát trượt, hao mòn hệ thống hoặc độ nhớt của hộp số chứa đầy dầu (phụ thuộc vào nhiệt độ). Động cơ bước được chọn phải có khả năng khắc phục mọi ma sát hệ thống trong khi vẫn cung cấp mô-men xoắn cần thiết để tăng tốc tải quán tính.
- Độ phân giải của vị trí
Độ phân giải vị trí theo yêu cầu của ứng dụng có thể ảnh hưởng đến loại truyền động được sử dụng và/hoặc lựa chọn trình điều khiển động cơ bước.
Ví dụ: Vít dẫn có 5 ren/inch trên bộ truyền động cung cấp 0,001 inch/bước; nửa bước cung cấp 0,0005 inch/bước; độ phân giải bước nhỏ 25.400 bước/vòng cung cấp 0,0000015 inch/bước.
Vận hàng, bảo dưỡng động cơ bước
Cần phải tuân thủ các cân nhắc về môi trường và an toàn sau đây trong mọi giai đoạn vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống động cơ bước. Việc không tuân thủ các biện pháp phòng ngừa này sẽ vi phạm các tiêu chuẩn an toàn về thiết kế, sản xuất và mục đích sử dụng của động cơ bước, bộ điều khiển và trình điều khiển. Xin lưu ý rằng ngay cả với động cơ bước được chế tạo tốt, các sản phẩm lắp đặt và vận hành không đúng cách cũng có thể gây nguy hiểm. Cần phải thận trọng đối với tải trọng và môi trường vận hành. Khách hàng chịu trách nhiệm cuối cùng về việc lựa chọn, lắp đặt và vận hành hệ thống động cơ bước đúng cách.
Môi trường sử dụng động cơ bước phải thuận lợi cho các biện pháp chung tốt về thiết bị điện/ điện tử. Không vận hành động cơ bước khi có khí dễ cháy, bụi, dầu, hơi hoặc hơi ẩm. Khi sử dụng ngoài trời, động cơ bước, bộ điều khiển và bộ điều khiển phải được bảo vệ khỏi các yếu tố bằng một lớp phủ thích hợp trong khi vẫn có thể cung cấp đủ luồng không khí và làm mát. Độ ẩm có thể gây ra nguy cơ điện giật và/hoặc gây hỏng hệ thống. Cần cân nhắc kỹ lưỡng để tránh tiếp xúc với bất kỳ loại chất lỏng và hơi nào. Liên hệ với nhà máy nếu ứng dụng của bạn yêu cầu xếp hạng IP cụ thể. Nên lắp động cơ bước, trình điều khiển và bộ điều khiển trong môi trường không có hơi nước ngưng tụ, bụi, nhiễu điện, rung và sốc.
Ngoài ra, tốt nhất là nên làm việc với hệ thống động cơ bước/trình điều khiển/bộ điều khiển trong môi trường bảo vệ không tĩnh điện. Mạch điện hở luôn phải được bảo vệ hoặc bao bọc đúng cách để ngăn chặn con người tiếp xúc trái phép với mạch điện đang hoạt động. Không được thực hiện bất kỳ công việc nào trong khi đang cấp nguồn. Không cắm hoặc rút phích cắm các đầu nối khi nguồn điện đang BẬT. Đợi ít nhất 5 phút sau khi TẮT nguồn trước khi thực hiện công việc kiểm tra hệ thống động cơ bước, vì ngay cả sau khi tắt nguồn, vẫn còn một số năng lượng điện còn lại trong tụ điện của mạch bên trong trình điều khiển.
Lên kế hoạch lắp đặt động cơ bước, trình điều khiển và/hoặc bộ điều khiển trong hệ thống không có mảnh vụn, chẳng hạn như mảnh vụn kim loại từ việc cắt, khoan, ren và hàn hoặc bất kỳ vật liệu lạ nào khác có thể tiếp xúc với mạch điện. Không ngăn chặn được các mảnh vỡ xâm nhập vào hệ thống có thể gây hư hỏng và/hoặc sốc.
Tuổi thọ của động cơ bước
Tuổi thọ thông thường của động cơ bước khoảng 10.000 giờ hoạt động. Con số này xấp xỉ 4,8 năm nếu động cơ hoạt động một ca tám giờ mỗi ngày. Tuổi thọ của động cơ có thể thay đổi tùy thuộc vào ứng dụng của người dùng và mức độ nghiêm ngặt của động cơ.
Để xác định động cơ bước hoạt động được bao lâu, cần phải xem xét các yếu tố như chu kỳ hoạt động, tải, tải lệch tâm và nhiệt độ. Chu kỳ hoạt động biểu thị thời gian trôi qua giữa các lần hoạt động của động cơ bước tính bằng giờ mỗi ngày, phút mỗi giờ hoặc số lần di chuyển mỗi phút. Tất nhiên, sử dụng nhiều hơn có thể sẽ làm giảm tuổi thọ của động cơ bước, trong khi sử dụng ít hơn sẽ có tác dụng ngược lại. Tải lệch tâm là tải mà trọng tâm không đi qua trục trục động cơ. Các loại tải này gây ra hiện tượng kẹt và làm giảm tuổi thọ của động cơ.
Vòng bi thường là yếu tố hạn chế tuổi thọ của động cơ bước vì chúng sẽ hỏng trước bất kỳ thành phần nào khác. Vòng bi có thể có tổng tuổi thọ lên tới 20.000 giờ. Ước tính này giả định sử dụng bình thường khoảng tám giờ mỗi ngày, năm ngày mỗi tuần. Do đó, tuổi thọ của động cơ bước có thể đạt tới 10 năm, giả sử điều kiện vận hành phù hợp và vòng bi chất lượng cao.
Giữ trong giới hạn khả năng chịu tải của động cơ sẽ giúp duy trì độ bền và tuổi thọ của động cơ. Việc để động cơ bước tiếp xúc với nhiệt độ khắc nghiệt có thể làm giảm đáng kể hiệu suất và tuổi thọ chung của động cơ. Tóm lại, việc quản lý chu kỳ hoạt động, tải và nhiệt độ sẽ tối đa hóa tuổi thọ của động cơ bước. Luôn sử dụng động cơ bước trong phạm vi thông số kỹ thuật của nhà sản xuất.
