Động cơ bước là gì?

Động cơ bước (ĐCB) hay còn gọi là Step Motor là một loại động cơ chạy bằng điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của roto có khả năng cố định roto vào các vị trí cần thiết. (Theo wikipedia)

Nói chung ĐCB là một loại động cơ mà bạn có thể quy định được góc quay của nó.

Động cơ bước (Stepper Motor) hiện nay rất thông dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Ví dụ như sử dụng trọng hệ thống di chuyển của các lại máy cnc như máy cắt cnc, máy khắc cắt laser, máy cắt plasma cnc, máy phay CNC… 

Tham khảo động cơ servo là gì? https://haasvn.com/dong-co-servo-la-gi/

Cấu tạo của một động cơ bước.

Xem thêm: Động cơ servo là gì?

Step Motor có cấu tạo như sau:

– Rotor là một dãy các lá nam châm vĩnh cữu được xếp chồng lên nhau một cách cẩn thận. Trên các lá nam châm này lại chia thành các cặp cực xếp đối xứng nhau.

– Stato được tạo bằng sắt từ được chia thành các rãnh để đặt cuộn dây.

 Đặc điểm

• ĐCB hoạt động dưới tác dụng của các xung rời rạc và kế tiếp nhau. Khi có dòng điện hay điện áp đặt vào cuộn dây phần ứng của ĐCB. Làm cho roto của động cơ quay một góc nhất định gọi là bước của động cơ.
• Góc bước là góc quay của trục động cơ tương ứng với một xung điều khiển. Góc bước được xác định dựa vào cấu trúc của ĐCB và phương pháp điều khiển ĐCB.
• Tính năng mở máy của động cơ được đặc trưng bởi tần số xung cực đại. Có thể mở máy mà không làm cho roto mất đồng bộ.
• Chiều quay ĐCB không phụ thuộc vào chiều dòng điện. Mà phụ thuộc vào thứ tự cấp xung cho các cuộn dây.

Cách hoạt động.

ĐCB không quay theo cơ chế thông thường, Step motor quay theo từng bước một nên nó có độ chính xác cao về mặt điều khiển học.

Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử. Các mạch điện tử sẽ đưa các tín hiệu của lệnh điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định.

Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.

Phân loại có những loại động cơ bước – Step Motor nào?

Xem thêm: Đai ốc

Việc phân loại động cơ Step cũng có thể chia thành nhiều cách.

Phân loại động cơ Step theo số pha động cơ.

– Động cơ Step 2 pha tương ứng với góc bước 1.8 độ.

– Động cơ Step 3 pha tương ứng với góc bước là 1.2 độ.

– Và cuối cùng là động cơ Step 5 pha với góc bước là 0.72 độ.

Phân loại theo rotor.

– Động cơ có rotor được tác dụng bằng dây quấn hoặc nam châm vĩnh cữu.

– Động cơ thay đổi từ trở. Đây là loại động cơ có rotor không được tác động nhưng có phần tử cảm ứng.

Phân loại theo cực của động cơ.

– Động cơ đơn cực.

– Động cơ lưỡng cực.

ĐCB nam châm vĩnh cửu

ĐCB nam châm vĩnh cửu có roto là nam châm vĩnh cửu, stato có nhiều răng trên mỗi răng có quấn các vòng dây. Các cuộn dây pha có cực tính khác nhau.

Nguyên lý hoạt động của ĐCB nam châm vĩnh cửu có 2 cặp cuộn pha được trình bày ở hình: Ban đầu vị trí của stato và roto đang ở phase A. Khi cấp điện cho 2 cuộn dây pha B và D trong 2 cuộn sẽ xuất hiện cực tính. Do cực tính của cuộn dây pha và roto ngược nhau dẫn đến roto chuyển động đến vị trí như hình phase B on. Khi cuộn dây pha B và D ngắt điện cuộn dây A và B được cấp điện thì roto lại chuyển động đến vị trí như hình phase C on.

Gọi số răng trên stato là Zs, góc bước của động cơ là Sđc, góc bước của động cơ này được tính theo công thức sau:

Sđc=360/Zs

ĐCB biến từ trở

ĐCB biến từ trở có cấu tạo giống với ĐCB nam châm vĩnh cửu. Cấu tạo của stato cũng có các cuộn pha đối xứng nhau, nhưng các cuộn pha đối xứng có cùng cực tính khác với ĐCB nam châm vĩnh cửu. Góc bước của stato là Ss.

Roto của ĐCB biến từ trở được cấu tạo từ thép non có khả năng dẫn từ cao, do đó khi động cơ mất điện roto vẫn tiếp tục quay tự do rồi mới dừng hẳn.

Nguyên lý hoạt động của ĐCB biến từ được thể hiện như hình:

Khi cấp điện cho pha A (hình a), từng cặp cuộn dây A bố trí đối xứng nhau có cùng cực tính là nam (S) và bắc (N). Lúc này các cuộn dây hình thành các vòng từ đối xứng.

Khi cấp điện cho pha B (hình b). Lúc này từ trở trong động cơ lớn, momen từ tác động lên trục roto làm cho roto quay theo chiều giảm từ trở. Roto quay cho tới khi từ trở nhỏ nhất và khi momen bằng không thì trục động cơ dừng, roto đạt đến vị trí cân bằng mới.

Tương tự như vật khi cấp điện cho pha C, động cơ hoạt động theo nguyên tắc trên và roto ở vị trí như hình c. Quá trình trên lặp lại và động cơ quay liên tục theo thứ tự pha A  B  C. Để động cơ quay ngược chiều chỉ cần cấp điện cho các pha theo thứ tự ngược lại.

Gọi số pha của động cơ là Np, ổ răng trên roto là Zr, góc bước của ĐCB biến từ trở là S ta tính được công thức sau:

S=360/Np.Zr

ĐCB hỗn hợp

ĐCB hỗn hợp (còn gọi là động ơ bước lai). Có đặc trưng cấu trúc của ĐCB nam châm vĩnh cửu và ĐCB biến từ. Stato và roto có cấu tạo tương tự ĐCB biến từ trở nhưng số răng của stato và roto không bằng nhau. Roto của ĐCB thường có 2 phần: phần trong là nam châm vĩnh cửu được gắn chặt lên trục động cơ, phần ngoài là 2 đoạn roto được chế tạo từ lá thép non và răng của 2 đoạn roto được đặt lệch nhau.

Góc bước của ĐCB hỗn hợp được tính theo công thức:

S=Sr/Zs

Trong đó:

• S là góc bước của động cơ
• Sr là góc giữa 2 răng kề nhau
• Zs là số cặp cực trên stato.

ĐCB hỗn hợp được sử dụng rộng rãi. Vì kết hợp các ưu điểm của 2 loại động cơ trên là ĐCB nam châm vĩnh cửu và ĐCB biến từ trở.

ĐCB 2 pha

Hiện nay các ĐCB 2 pha được sử dụng rất thông dụng. Có kết cấu như ĐCB hỗn hợp và ĐCB nam châm vĩnh cửu. Tuy nhiên ĐCB 2 pha còn được phân loại dựa vào cách đấu dây các cặp cực.

ĐCB đơn cực: cuộn dây pha có ba dây đầu ra. Điểm trung tâm của cuộn dây được đấu ra ngoài. Khi cấp điện, dây trung tâm được nối với đầu dương của nguồn điện. Hai đầu dây còn lại được nối với đầu âm.

ĐCB lưỡng cực: cuộn dây pha của loại động cơ này chỉ có 2 đầu ra. Một đầu dây được nối với nguồn dương và đầu còn lại được nối với đầu âm của nguồn điện. ĐCB lưỡng cực có kết cấu đơn giản nhưng điều khiển phức tạp hơn ĐCB đơn cực.

Phương pháp điều khiển ĐCB

Hiện nay có 4 phương pháp điều khiển ĐCB.

1. Điều khiển dạng sóng (Wave): là phương pháp điều khiển cấp xung điều khiển lần lượt theo thứ tự chon từng cuộn dây pha.
2. Điều khiển bước đủ (Full step): là phương pháp điều khiển cấp xung đồng thời cho 2 cuộn dây pha kế tiếp nhau.
3. Điều khiển nửa bước (Half step): là phương pháp điều khiển kết hợp cả 2 phương pháp đều khiển dạng sóng và điều khiển bước đủ. Khi điều khiển theo phương pháp này thì. Giá trị góc bước nhỏ hơn hai lần và số bước của động cơ bước tăng lên 2 lần. So với phương pháp điều khiển bước đủ. Tuy nhiên phương pháp này có bộ phát xung điều khiển phức tạp.
4. Điều khiển vi bước (Microstep): là phương pháp mới được áp dụng trong việc điều khiển động cơ bước. Cho phép động cơ bước dừng và định vị tại vị trí nửa bước giữa 2 bước đủ. Ưu điểm của phương pháp này là động cơ có thể hoạt động với góc bước nhỏ,độ chính xác cao. Do xung cấp có dạng sóng nên động cơ hoạt động êm hơn. Hạn chế được vấn đề cộng hưởng khi động cơ hoạt động.

Ưu điểm và nhược điểm của động cơ bước – Step Motor.

Ưu điểm

Step Motor có ưu điểm là khả năng cung cấp moment xoắn cực lớn ở dải vận tốc thấp và trung bình.

Một động cơ bước trên thị trường khá bền, giá thành cũng tương đối thấp.

Việc thay thế cũng khá dễ dàng.

Không nên dùng Step Motor cho các thiết bị đòi hỏi tốc độ cao.

Nhược điểm.

Step Motor hay xảy ra có hiện tượng bị trượt bước. Lí do bởi vì lực từ yếu hay nguồn điện cấp vào không đủ.

Khi hoạt động thì Step Motor thường gây ra tiếng ồn và có hiện tượng nóng dần. Với những Step Motor thế hệ mới thì việc độ ồn và nóng của động cơ giảm đáng kể.

Ứng dụng của của Step Motor.

Động cơ bước hiện nay thường được ứng dụng nhiều trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số là chủ yếu. Nó được thực hiện bởi các lệnh được mã hoá dưới dạng số.

Ứng dụng trong ngành tự động hoá, đặc biệt là đối với các thiết bị cần có sự chính xác. Ví dụ như các loại máy móc công nghiệp phục vụ cho gia công cơ khí như: Máy cắt cnc, máy cắt plasma cnc…
Ngoài ra trong công nghệ máy tính, động cơ Step được sử dụng cho các loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in…

nguồn:

• https://hancatemc.com/dong-co-buoc-la-gi-cau-tao-cua-dong-co-step.html
• https://vietmachine.com.vn/cac-loai-dong-co-buoc-step-phan-loai-ung-dung-va-dieu-khien.html

.