Tổng quan động cơ bước Moons'

1. Tổng quan về động cơ bước Moons':

Step motor hay Động cơ bước là một loại động cơ đồng bộ, có khả năng biến đổi các tín hiệu điều khiển của máy móc dưới dạng các xung điện rời rạc được phát ra kế tiếp nhau, tạo thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của Rotor và có khả năng cố định Rotor vào những vị trí cần thiết.

>>> Xem thêm:

• Động cơ bước size 57 và size 86 cho máy CNC
• Hướng dẫn cách đấu dây step motor động cơ bước trong công nghiệp

2. Nguyên lý điều khiển động cơ bước:  

Khác với các động cơ đồng bộ thông thường, trong việc điều khiển vi bước step motor Rotor, động cơ bước được khởi động bằng phương pháp đo tần số do nó không có cuộn dây để khởi động. Rotor của động cơ bước sẽ có loại Rotor tích cực hoặc là Rotor thụ động.

Động cơ bước sẽ làm việc dựa vào bộ chuyển mạch điện tử nhằm mục đích đưa các tín hiệu vào trong Stator theo một thứ tự và 1 tần số nhất định. Số lần chuyển mạch của động cơ sẽ được tính bằng tổng số góc quay của Rotor. Khi đó, chiều quay cũng như tốc độ quay của roto sẽ phụ thuộc vào thứ tự và tần số chuyển đổi.

Xung điện áp được cấp cho cuộn dây Stator lúc này có thể là xung 1 cực hoặc 2 cực:

•  Chuyển mạch điện tử trong điều khiển step motor có thể cung cấp điện áp điều khiển cho các cuộn dây stator có thể theo từng cuộn riêng lẻ hoặc là theo từng nhóm của các cuộn dây. 
•  Trị số của động cơ cũng như chiều của lực điện từ chính là tổng F phụ thuộc vào vị trí của các lực điện từ có trong nó. Do đó, vị trí Rotor của động cơ bước lúc này sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào phương pháp cung cấp điện cho các cuộn dây

Step Motor làm việc được là nhờ có bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo một thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của roto tương ứng với số lần chu Động cơ này hoạt động trên nguyên tắc không quay theo cơ chế thông thường, mà sẽ thực hiện quay từng bước một. Động cơ này được điều khiển bằng các mạch chuyển đổi điện tử. Các mạch này sẽ đưa những tín hiệu điều khiển vào các pha theo một thứ tự và tần số cố định. Tổng số góc quay của phần ứng (Roto) tương ứng với số lần chuyển đổi, cũng như chiều quay và tốc độ quay của phần ứng (Roto) sẽ phụ thuộc vào thứ tự và tần số chuyển đổi.

Cấu tạo động cơ bước

3. Phương pháp điều khiển động cơ bước:

Điều khiển dạng đủ bước (full-step) (dạng sóng – 1 pha): Ưu điểm của cách điều khiển này là đơn giản nhưng công suất của chúng lại rất thấp, chỉ đạt mức 25% đối với Stepper Motor - Động cơ bước kiểu đơn cực, và đạt mức 50% đối với kiểu lưỡng cực. Do đó, lực xoắn được sinh ra bởi dạng điều khiển này tương đối yếu.

Điều khiển dạng đủ bước (full-step) (2 pha): Ở dạng điều khiển này, hai cuộn dây sẽ được cấp một năng lượng đồng thời nên cho ra công suất cao hơn so với dạng trên.

Điều khiển dạng nửa bước (half-step) (1 hoặc 2 pha): Loại điều khiển dạng half-step là sự kết hợp của 2 dạng trên.yển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của roto, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi. Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stato (phần cảm) của động cơ bước thì roto (phần ứng) của động cơ sẽ quay đi một góc nhất định, góc ấy là một bước quay của động cơ. Khi các xung điện áp đặt vào các cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục thì roto sẽ quay liên tục (Nhưng thực chất chuyển động đó vẫn là theo các bước rời rạc)

4. Phân loại động cơ bước: 

4.1. Phân loại theo phần cứng (roto):

Stepper Motor - Động cơ bước được phân thành 3 loại theo phần cứng (roto):

• Loại 1: Step motor - Động cơ bước có phần ứng (roto) làm từ dây quấn hoặc nam châm vĩnh cửu.
• Loại 2: Động cơ bước có phần cứng (roto) không bị tác động, nhưng có phần từ cảm ứng và phản kháng. Loại này còn được gọi là động cơ bước với thay đổi từ trở.
• Loại 3: Động cơ bước có phần cứng (Roto) kết hợp cả hai loại trên.

4.2. Phân loại theo cực:

Động cơ bước (Step motor) được phân thành 2 loại theo cực:

• Loại 1: Stepper motor - Động cơ bước unipolar (đơn cực) bao gồm cả động cơ bước với nam châm vĩnh cửu hoặc loại hỗn hợp. Các cuộn dây luôn có một đầu trung tâm được nối từ vị trí chính giữa của mỗi cuộn dây.
• Loại 2: Động cơ bước bipolar (lưỡng cực) bao gồm cả động cơ bước với nam châm vĩnh cửu hoặc loại biến trở. Đặc điểm của loại này là các cuộn dây không có đầu nối từ trung tâm.

4.3. Phân loại theo số pha:

Stepper Motor - Động cơ bước sẽ được chia thành 3 loại theo số pha:

• Loại 1: Động cơ bước 2 pha có 4, 6 hoặc 8 dây.
• Loại 2: Động cơ bước 3 pha có 3 hoặc 4 dây.
• Loại 3: Động cơ bước 5 pha có 5 hoặc 10 dây.

5. Cách lựa chọn động cơ bước:

Khi lựa chọn động cơ bước, cần lưu ý các yếu tố sau: 

•  Góc bước: Góc bước càng nhỏ thì độ chính xác càng cao, nhưng mô-men xoắn càng thấp. Tùy theo ứng dụng cụ thể mà lựa chọn góc bước phù hợp.
•  Mô-men xoắn: Mô-men xoắn càng cao thì động cơ có thể kéo tải nặng hơn. Tùy theo tải trọng của ứng dụng mà lựa chọn mô-men xoắn phù hợp.
•  Tốc độ tối đa: Tốc độ tối đa càng cao thì động cơ có thể quay nhanh hơn. Tùy theo yêu cầu tốc độ của ứng dụng mà lựa chọn tốc độ tối đa phù hợp.
•  Kích thước và trọng lượng: Kích thước và trọng lượng của động cơ cần phù hợp với không gian và tải trọng của ứng dụng.
•  Giá thành: Giá thành của động cơ bước phụ thuộc vào số pha, góc bước, mô-men xoắn, tốc độ tối đa, kích thước và trọng lượng.  

6. Ưu điểm - Nhược điểm và Ứng dụng của động cơ bước:

6.1. Ưu điểm của động cơ bước:

• Động cơ bước giá rẻ, dễ tìm dễ mua
• Có thể linh hoạt điều chỉnh các góc quay để giúp công việc đạt hiệu quả cao nhất
• Cấu tạo đơn giản, dễ dàng lắp đặt, dễ bảo dưỡng và thay thế linh phụ kiện khi cần.
• Hoạt động bền bỉ, tuổi thọ cao, ít xảy ra sự cố do không dùng chổi than
• Động cơ có mô-men xoắn tốt cho việc giữ vị trí.
• Không bị ảnh hưởng của do cộng hưởng lực gây ra như các loại động cơ khác
• Có nhiều sự lựa chọn để khách hàng chọn được sản phẩm phù hợp đáp ứng tốt nhất với nhu cầu sử dụng  

6.2. Nhược điểm của động cơ bước:

• Dễ bị lỡ bước quay khi mô – men xoắn quá tải, hoặc bị trượt bước do nam châm vĩnh cửu yếu, nguồn điện tải vào yếu
• Động cơ có tiếng ồn lớn và sinh nhiệt lượng cao hơn khi hoạt động.
• Có tiêu hao dòng điện ngay cả khi không sử dụng
• Có công suất tỉ lệ mô – men xoắn quán tính thấp, nên không ấp ứng được với các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao.    

6.3. Ứng dụng của động cơ bước:

Động cơ bước hiện nay được ứng dụng rất phổ biến trong máy móc, thiết bị phục vụ nhiều ngành nghề, lĩnh vực, đặc biệt các ngành cần điều khiển chuyển động kỹ thuật số, công nghiệp tự động hoá, đòi hỏi tính chính xác không cao. Chẳng hạn như:

• Dùng lắp đặt cho các loại máy móc công nghiệp phục vụ cho gia công cơ khí như: Máy cắt công nghệ plasma CNC, v.v.
• Lắp đặt trong lĩnh vực máy đóng túi, bao bì thực phẩm…..
• Lắp đặt cho các máy móc, thiết bị phục vụ trong ngành in ấn, như: máy in, máy dập nổi, máy cắt bế, v.v.
• Lắp đặt, chế tạo máy ảnh, máy quay phim, thiết bị điện thoại thông minh, máy tính, camera kỹ thuật số, v.v..
• Dùng trong lĩnh vực an ninh bảo mật, như lắp đặt các thiết bị giám sát, bảo vệ, v.v.
• Dùng trong lĩnh vực y tế, như để sản xuất máy quét y tế, máy lấy mẫu xét nghiệm, các loại máy móc phân tích máu, nước tiểu, máy chụp nha khoa kỹ thuật số, máy sản xuất mặt nạ phòng độc, khẩu trang, v.v

Chúng tôi hi vọng bài viết này có thể giúp bạn có cái nhìn tổng quan nhất khi tìm hiểu ứng dụng và lựa chọn thiết bị động cơ bước, mọi ý kiến đóng góp xin vui lòng để lại bình luận phía dưới hoặc liên hệ trực tiếp với chúng tôi.

Từ khóa: bộ phát xung điều khiển step motor, phương pháp điều khiển step motor, nguyên lý điều khiển step motor, điều khiển step motor, điều khiển vi bước step motor,