Phải hiểu về động cơ bước (Step motor)

1/ Động cơ bước là gì?

Động cơ bước là động cơ DC có nhiều cuộn dây được sắp xếp thành các nhóm gọi là “pha”. Mỗi pha sẽ được cấp điện liên tục để động cơ quay theo từng bước tại một thời gian. Chúng có thể định vị rất chính xác và điều khiển tốc độ của động cơ bước. Điều này đã làm cho động cơ bước được sử dụng cho các ứng dụng điều khiển yêu cầu độ chính xác cao.

Mỗi xung được cung cấp vào giúp cho động cơ di chuyển một góc bước. Driver điều khiển step motor được xem như một thiết bị chuyển đổi từ tín hiệu analog thành tín hiệu số

1.1/ Góc bước là gì?

Góc bước được xác định là góc quay của động cơ khi được cấp 1 xung. Vị trí của động cơ được quyết định bởi hóc bước. Độ mịn hay góc bước là số bước trên mỗi vòng quay của rotor (động cơ có góc bước cảng nhỏ thì nó càng mịn)

Độ chính xác về vị trí phụ thuộc vào độ mịn hay góc bước. Một số loại động cơ siêu chính xác có thể lên đến 1000 bước trong mỗi vòng quay (góc bước: 0.36 độ). Tiêu chuẩn của step motor là 1.8 độ (hay 200 bươc) trên mỗi vòng quay.

2/ Phân loại step motor

Để phân loại động cơ bước có thể dựa vào: kích thước, kiểu dáng, đặc trưng điện. Một động cơ bước có thể được chia thành 2 danh mục chính:

Không nam châm vĩnh cữu (Từ trở)

• Đơn tầng
• Đa tầng

Có nam châm vĩnh cữu

• Hybrid motor (Động cơ lai)
• Động cơ bước nam châm vĩnh cữu có vấu răng

2.1/ Động cơ bước từ trở đơn tầng

Nguyên lý hoạt động của loại này là dựa vào “từ trở biến thiên” và không cần đến nam châm vĩnh cữu trên cả rotor và stator. Bộ phận rotor và stator được làm từ các lá thép silic với các cực hướng ra ngoài và hướng vào trong tương ứng. Số lượng cuộn dây trên mỗi cực có lẻ và chẳng, số pha của stator phụ thuộc vào mối quan hệ của những cuộn dây trên stator. Rotor là vật liệu sắt từ và không có các cuộn dây

Số lượng cực trên stator và rotor không giống nhau vì vậy động cơ cơ khả năng tự khởi động. Tuy nhiên, bề rộng các răng trên cả rotor và stator là giống nhau

2.2/ Động cơ bước từ trở đa tầng

Loại này còn đươc biết đến như động cơ bước theo bậc. Nó được sử dụng để thực hiện các bước nhỏ từ 2 đến 12 độ. Thông thường, loại 3 tầng là phổ biến nhất, nhưng có nó thể sử dụng đến 7 tầng là maximum

Loại động cơ bước từ trở đa tầng có thể được xem như loại từ trở đơn tầng đồng nhất trên một trục. Số lượng các cực của stator và rotor ở loại đa tầng là bằng nhau vì vậy nó có bước xung là như nhau

2.3/ Động cơ bước Hybrid (lai)

Giống như tên gọi, động cơ này mang đặc điểm của loại vĩnh cữu và từ trở. Hầu hết động cơ bước hybrid 2 pha, loại này gồm có 4 cực và được vận hành trên mỗi một pha kích từ. Nó mang lại hiệu suất rất cao về tốc độ, momen xoắn, bước quay. Số bước lên đến 200 – 400 bước trong mỗi vòng quay.

2.4/ Động cơ bước nam châm vĩnh cữu có vấu răng

Hay còn gọi là can stack motor, đây là một thiết bị cơ điện được chế tạo nhằm thực hiện việc chuyển đổi những xung điện thành các chuyển động cơ khí rời rạc và vì thế nó được vận hành bởi những chuỗi xung điện hoặc một bộ vi xử lý. góc bước thông thường từ 3.6 độ – 18 độ (hoặc 100 bước/vòng – 20 bước/vòng)

Răng được đột từ tấm kim loại có dạng hình tròn và những răng có dành hình giống như cái chuông. Tiếp theo, răng gia công thành dạng vấu răng. Bộ phận Stator được tạo bằng cách nối 2 vỏ “hình chuông” lại, tại nơi mà các răng ăn khớp nhau được đặt cuộn dây tạo.

Mặc dù đây là loại động cơ cơ giá thành sản xuất thấp nhưng rất khó để giảm góc bước của nó

2.5/ Động cơ bước 1 pha

Đây là loại động cơ được thiết kế để làm việc với nguồn điện 1 pha. Nó thường được sử dụng tron các đồng hồ, timer và counter. Động cơ bước 1 pha sử dụng một hoặc nhiều nam châm vĩnh cữu, stator được làm những lá thép silic với 2 cực

Note: Độ chính xác và khả năng tự giữ khi mất điện hay muốn dừng khẩn cấp là những vấn đề mà động cơ bước thông thường chưa giải quyết được. Chính vì thể một số loại step được thêm vào phanh từ nhằm giúp tự giữ trong các trường hợp cần thiết hoặc dừng khẩn cấp hay encoder để tăng độ chính xác khi dùng trong các hệ thống yêu cầu độ chính xác cao

3/ Đặc điểm động cơ bước

Có nhiều loại step motor nhưng trên thực tế loại được sử dụng nhiều nhất là Hybrid. Trong hầu hết các máy DIY: Máy in 3D, máy khắc laser, máy CNC, các dây chuyển sản xuất, hệ thống tự động, robot,.. đều dùng đến loại động cơ này. Riêng trong nhóm này cũng được phân loại theo sức mạnh của động cơ (tùy vào nhu cầu mà người dùng lựa chọn loại có momen phù hợp): Step 42, 57, 86.

Trong các nhóm step 42, 57, 86 lại được chia thành các loại khác nhau (chia theo chiều dài động cơ), chiều dài càng lớn sẽ có momen xoắn

3.1/ Ưu điểm

1. Có cấu tạo đơn giản, tin cậy
2. Giá thành rẻ
3. Trong điều dừng động cơ vẫn có momen (tự giữ)
4. Yêu cầu thấp về việc bảo trì
5. Phù hợp cho các ứng dụng cần độ chính xác, đảo chiều

3.2/ Nhược điểm

1. Sử dụng dòng điện DC
2. Tại tốc độ cao, momen xoắn sẽ giảm
3. Hiệu quả thấp
4. hiện tượng cộng hưởng sinh ra và yêu cầu bước nhỏ
5. Không thể điều khiển ở tốc độ cao