Động cơ bước là gì?

1. Động cơ bước là gì

Hình 1. Động cơ bước

Động cơ bước hay còn được gọi là Step motor là 1 loại động cơ chạy bằng điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Thực chất nó là một động cơ đồng bộ dùng 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.

Phân loại động cơ bước theo 3 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.
+ Động cơ Step 5 pha với góc bước là 0.72 độ.
- Phân loại động cơ bước 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.

2. Ưu nhược điểm và ứng dụng của động cơ bước

Một số ưu điểm của động cơ bước là:
- Giá thành rẻ (low cost).
- Có thế điều khiển mạch hở (can work in an open loop, no feeđback requìred).
- Duy trì mô men rất tốt (không cần phanh, biến tốc).
- Mô men xoắn cao ở tốc độ thấp.
- Chi phí bảo dưỡng thấp (không có chổi quét) (low maintenance, biushless).
- Định vị chính xác

Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm trên thì động cơ bước cũng có một vài nhược điểm:

- Động cơ làm việc không đểu, đặc biệt là ỏ tốc độ thấp (điều khiển đầy bước).
- Tiêu thụ dòng điện không phụ thuộc vào tải.
- Kích cỡ hạn chế.
- Làm việc ồn.
- Mô men giảm theo tốc độ.
- Không có phản hồi nên có thể xảy ra các sai số.

Động cơ bước được sử dụng rộng rãi:

- Trong các máy gia công cắt gọt, máy CNC

- Trong điều khiển robot

- Trong việc di chuyển, gắp nhả hàng hóa trên băng chuyền

3. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại động cơ bước

3.1 Step Motor có cấu tạo như sau:

- 1 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.

Hình 2. Cấu tạo động cơ bước

Như hình minh họa, bên trong động cơ bước có những cuộn dây stator được sắp xếp theo cặp đối xứng qua tâm. Rotor là nam châm vĩnh cửu có nhiều răng.

Hình 3. Nguyên lý hoạt động của động cơ bước

3.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ bước

Động cơ bước hoạt động trên cơ sở lý thuyết điện – từ trường: các cực cùng dấu đẩy nhau và các cực khác dấu hút nhau. Chiều quay được xác định bởi từ trường của Stator, mà từ trường quay này là do dòng điện chạy qua lõi cuộn dây gây nên. Khi hướng của dòng thay đổi thì cực từ trường cũng thay đổi theo, gây nên chuyển động ngược lại của động cơ (đảo chiều).

Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, mà chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác cao.

Động cơ bước có thể quay bao nhiêu độ phụ thuộc vào người lập trình (tín hiệu từ vi điều khiển), mỗi lần quay là một bước (step). Số bước của động cơ thì tùy thuộc vào loại động cơ.

Ví dụ: động cơ của bạn có 2048 bước thì động cơ sẽ cần quay đủ 2048 bước để hoàn thành một vòng.

Hiện nay, có 4 phương pháp để điều khiển động cơ bước được sử dụng phổ biến nhất, đó là:
- Điều khiển động cơ bước dạng sóng (Wave): Đây là phương pháp điều khiển cấp xung cho bộ điều khiển, hoạt động lần lượt theo đúng thứ tự nhất định cho từng cuộn dây pha.
- Điều khiển động cơ bước đủ (Full step): Đây là phương pháp điều khiển cấp xung cùng lúc, đồng thời cho cả 2 cuộn dây pha được sắp xếp kế tiếp nhau.
- Điều khiển động cơ nửa bước (Half step): Chính là phương pháp điều khiển kết hợp cả 2 phương pháp điều khiển động cơ dạng sóng và điều khiển động cơ bước đủ. Khi điều khiển động cơ theo phương pháp này thì giá trị của góc bước nhỏ hơn 2 lần và số bước của động cơ bước cũng sẽ tăng lên 2 lần so với phương pháp điều khiển bằng động cơ bước đủ. Tuy nhiên, phương pháp điều khiển này có bộ phát xung điều khiển vô cùng phức tạp.
- Điều khiển động cơ vi bước (Microstep): Đây là phương pháp mới, chỉ được áp dụng trong quá trình điều khiển động cơ bước. Từ đó, cho phép động cơ bước dừng lại và định vị trong khoảng vị trí nửa bước chính giữa 2 bước đủ.

4. Thông số kỹ thuật của động cơ bước

Các thông số cơ bản để chọn được một động cơ bước thích hợp:

- Loại motor: loại trục, loại lỗ,..
- Momen xoắn giữ max:
- Dòng điện định mức: 0.75A/Pha, 1.4A/Pha, 2.8A/Pha
- Số pha: 2p, 5p
- Kích cỡ khung motor: 2 (24mm), 4 (42mm), 6 (60mm), 9 (85mm)
- Chiều dài motor: 3 (33mm), 5 (46.5~47mm), 6 (59.5mm), 9 (98mm)

5. Các hãng sản xuất động cơ bước

- AUTONICS (KOREA)
- BELIMO (Châu Âu)
- SANYO DENKI (JAPAN)
- SUMITOMO (JAPAN)
- SESAME (TAIWAN)
- NISSEI (JAPAN)
- EXMEK (TQ)
- SONCEBOZ ITALIA

Nếu bạn muốn tìm hiểu về Tự động hóa trong nhà máy nói chung và động cơ bước nói riêng, hãy liên hệ với chúng tôi qua baoanjsc@gmail.com. Với phương châm làm việc chuyên nghiệp, tận tâm Bảo An Automation luôn cam kết mang tới cho khách hàng sản phẩm với chất lượng tốt nhất với giá thành hợp lý và đảm bảo giao hàng đúng tiến độ.

9.835 03/06/2019