Động cơ bước là loại động cơ điện rất thông dụng hiện nay và được ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Ví dụ như sử dụng trong hệ thống di chuyển của các máy CNC như máy cắt CNC, máy cắt laser, máy cắt plasma CNC. Tuy nhiên không phải ai cũng hiểu về
động cơ bước là gì? Cấu tạo động cơ bước và nguyên lý hoạt động động cơ bước như thế nào? Và các ứng dụng động cơ bước là gì? Trong bài viết dưới đây,
Bảo An sẽ giúp bạn hiểu thêm về loại động cơ này.
1. Động cơ bước là gì?
- Động cơ bước là gì?
Động cơ bước (tên Tiếng Anh là Stepper Motor) là một loại động cơ điện đặc biệt được thiết kế để di chuyển theo các bước nhỏ, chính xác. Điều này có nghĩa là nó quay theo từng góc nhất định mỗi khi nhận được tín hiệu điều khiển, thay vì quay liên tục như các động cơ thông thường.
- Cách hoạt động của động cơ bước là thông qua việc điều khiển dòng điện đi qua các cuộn dây trong động cơ để tạo ra từ trường. Từ trường này sẽ tác động lên các nam châm trong rotor (phần quay của động cơ), khiến rotor di chuyển theo từng bước nhỏ. Mỗi bước di chuyển tương ứng với một góc quay cụ thể, giúp động cơ đạt được vị trí mong muốn với độ chính xác cao.
- Động cơ bước thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao về vị trí, như trong máy in, máy quét, cắt plasma, máy CNC, máy in 3D và robot. Nó có khả năng chuyển đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện thành các chuyển động góc quay hoặc di chuyển của rotor đến các vị trí cố định, giúp kiểm soát chuyển động một cách chính xác và lặp lại.
Như vậy, động cơ bước là một loại động cơ đồng bộ được thiết kế để cung cấp khả năng điều khiển vị trí với độ chính xác cao trong các ứng dụng công nghệ hiện đại.
Động cơ bước là gì?
Để hiểu thêm về động cơ bước là gì? Hãy cùng tìm hiểu thông số kỹ thuật cũng như hình ảnh của sản phẩm Động cơ bước 5 pha (Loại trục rỗng) AUTONICS AH4K-M564 hiện được phân phối ở Bảo An
tại đây.
2. Cấu tạo động cơ bước
Cấu tạo động cơ bước bao gồm hai phần rotor và stator:
- Rotor: trong cấu tạo động cơ bước, rotor thực chất là một dãy các lá nam châm vĩnh cửu, chúng được sắp xếp chồng lên nhau một cách kỹ lưỡng và cẩn thận. Trên các lá nam châm này lại được chia thành các cặp cực sắp xếp đối xứng với nhau.
- Stator: Bộ phận stator trong cấu tạo của động cơ bước được chế tạo từ vật liệu sắt từ, chúng được chia thành các rãnh nhỏ để đặt cuộn dây.
Cấu tạo động cơ bước
3. Nguyên lý hoạt động động cơ bước
- Nguyên lý hoạt động động cơ bước không giống như các cơ chế thông thường, bởi vì động cơ bước sẽ quay theo từng bước một, do đó nó có một độ chính xác rất cao, đặc biệt là về mặt điều khiển học.
- Động cơ bước làm việc nhờ vào sự hoạt động của các bộ chuyển mạch điện tử. Các mạch điện tử này sẽ đưa lên các tín hiệu của lệnh điều khiển chạy vào stator theo số thứ tự lần lượt và theo một tần số nhất định.
- Tổng số góc quay của từng rotor tương ứng với số lần mà động cơ được chuyển mạch. Đồng thời, chiều quay và tốc độ quay của rotor còn phụ thuộc vào số thứ tự chuyển đổi cũng như tần số chuyển đổi của nó.
Nguyên lý hoạt động động cơ bước
Hiện nay, có 4 phương pháp chính để điều khiển động cơ bước được sử dụng phổ biến, cụ thể như sau:
- 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): Phương pháp này 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): Đây là phương pháp điều khiển kết hợp cả hai 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. Các thông số động cơ bước
Khi lựa chọn động cơ bước, người dùng cần chú ý đến các thông số động cơ bước như sau để có thể lựa chọn được sản phẩm động cơ bước phù hợp với yêu cầu và mục đích sử dụng.
Thông thường, mỗi loại động cơ bước sẽ có một bộ phận quan trong nhất, nếu người dùng cần mua động cơ bước thì câu hỏi cần hỏi đầu tiên về thông số động cơ bước là động cơ bước có bao nhiêu bước. Hiên nay, các loại động cơ bước được sử dụng phổ biến trên thị trường có số bước là 200.
Ngoài ra, động cơ bước còn có một số thông số khác như:
- Dòng điện tiêu thụ tối đa của mỗi pha (Rated current/phase): Thông số này cho bạn biết được dòng điện tối đa của mỗi động cơ có thể nhận được. Nếu driver nào điều khiển có dòng điện pha cap hơn thông số này thì động cơ sẽ bị hỏng. Do đó, người dùng cần lựa chọn driver cho động cơ bước với dòng điện ra khoảng 80 đến 90% thông số định mức.
- Điện trở mỗi pha được coi như là một hằng số. Còn thông số động cơ bước về voltage được coi là hiệu điện thế tối ưu để làm cho các động cơ bước có thể hoạt động được ổn định.
Ví dụ: Một động cơ bước có dòng điện tiêu thụ tối đa của mỗi pha là 2A, và điện trở của từng pha là 1.4Ω thì có hiệu điện thế dòng điện là 2.8V.
5. Các loại động cơ bước
Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại động cơ bước khác nhau được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau. Dưới đây là một số cách phân loại động cơ bước phổ biến
a. Phân loại dựa vào số pha của động cơ bước
Theo số pha, có các loại động cơ bước như sau:
- Động cơ bước 2 pha, tương ứng với mỗi góc bước là khoảng 1.8 độ
- Động cơ bước 3 pha sẽ tương ứng với mỗi góc bước là khoảng 1.2 độ
- Động cơ bước 5 pha sẽ tương ứng với mỗi góc bước là 0.72 độ.
b. Phân loại động cơ bước dựa vào rotor
Dựa vào rotor, động cơ bước sẽ có các loại như sau:
- Động cơ bước có rotor được làm bằng dây quấn hoặc sử dungh nam châm vĩnh cửu
- Động cơ bước thay đổi từ trở - Đây là một loại động cơ có rotor không được tác động nhưng lại có phần từ cảm ứng.
c. Phân loại dựa theo số cực động cơ
Theo số cực của động cơ, động cơ bước sẽ bao gồm hai loại chính là động cơ bước đơn cực và động cơ bước lưỡng cực.
6. Ứng dụng động cơ bước
Ngày nay, động cơ bước đã và đang được ứng dụng rất nhiều và phổ biến, chủ yếu là trong điều khiển các chuyển động của kỹ thuật số của các động cơ vì nó được thực hiện bởi các lệnh đã được mã hóa tự động dưới dạng số. Một số ứng dụng động cơ bước có thể kể đến như sau:
- Ứng dụng động cơ bước trong các ngành công nghiệp tự động hóa, đặc biệt là đối với các thiết bị máy móc cần có độ chính xác cao. Ví dụ như các loại máy móc công nghiệp hiện đại, phục vụ cho các quá trình gia công cơ khí như: máy cắt plasma CNC, máy cắt CNC laser,...
- Ngoài ra, ứng dụng động cơ bước còn có trong lĩnh vực công nghệ máy tính, các loại động cơ bước được sử dụng trong các loại ổ cứng, ổ đĩa mềm hoặc thậm chí ngay cả máy in.
- Trong lĩnh vực y tế, ứng dụng động cơ bước được sử dụng để sản xuất máy quét y tế, máy lấy mẫu hay thậm chí chúng còn được sử dụng bên trong máy chụp ảnh nha khoa kỹ thuật số, bơm chất lỏng, mặt nạ phòng độc hoặc trong các máy phân tích mẫu.
- Trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng, ứng dụng động cơ bước còn được dùng trong quá trình chế tạo máy ảnh, đem lại chức năng lấy nét chính xác và sắc sảo cho máy ảnh, đồng thời có chức năng thu phóng các loại camera kỹ thuật số tự động hay các loại máy in 3D.
Ứng dụng động cơ bước
7. Ưu nhược điểm của động cơ bước
a. Ưu điểm của động cơ bước
- Động cơ bước có ưu điểm nổi bật là khả năng cung cấp momen xoắn cực lớn, đặc biệt là ở dải vận tốc thấp và vận tốc trung bình.
- Động cơ bước có đôh bền cao, có giá thành phải chăng. Ngoài ra, việc thay thế động cơ bước trong quá trình sản xuất cũng tương đối dễ dàng.
b. Nhược điểm của động cơ bước
- Động cơ bước có nhược điểm là dễ bị trượt bước. Nguyên nhân được cho là vì lực yếu hay đôi khi là do nguồn điện cấp vào động cơ không đủ.
- Một nhược điểm nữa của động cơ bước đó là trong quá trình hoạt động, động cơ bước thường gây ra tiếng ồn ao và khó chịu và có một hiện tượng nữa là động cơ nóng dần lên. Với những động cơ bước thế hệ mới thì độ ồn và hiện tượng nóng của động cơ đã giảm đi đáng kể.
- Không nên sử dụng động cơ bước cho các thiết bị máy móc đòi hỏi tốc độ cao.
8. Lời khuyên khi sử dụng động cơ bước
Qua các phần trên, Bảo An đã giúp bạn hiểu được về động cơ bước là gì? Cấu tạo động cơ bước cũng như nguyên lý hoạt động động cơ bước và các ứng dụng của chúng. Vậy trong quá trình sử dụng động cơ bước cần lưu ý những điểm gì. Trong phần dưới đây, Bảo An sẽ đưa đến cho các bạn một số lời khuyên khi sử dụng động cơ bước:
- Lựa chọn nguồn điện phù hợp với thông số kỹ thuật của động cơ: Cần đảm bảo nguồn điện bạn sử dụng phù hợp với thông số kỹ thuật của động cơ bước. Điều này giúp động cơ hoạt động ổn định và tránh hỏng hóc.
- Sử dụng driver phù hợp: Chọn driver (bộ điều khiển) thích hợp với loại động cơ bước của bạn. Driver giúp điều khiển động cơ một cách hiệu quả và chính xác.
- Lắp đặt đúng cách: Khi lắp đặt động cơ bước, hãy đảm bảo lắp đúng vị trí và căn chỉnh chính xác. Điều này giúp động cơ hoạt động ổn định và đạt được độ chính xác cao.
- Bảo trì định kỳ: Thực hiện bảo trì động cơ bước thường xuyên để đảm bảo nó hoạt động tốt và kéo dài tuổi thọ. Kiểm tra và làm sạch động cơ theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
- Tham khảo tài liệu hướng dẫn: Đọc kỹ tài liệu hướng dẫn của nhà sản xuất để hiểu rõ cách sử dụng và bảo trì động cơ. Tài liệu này sẽ cung cấp thông tin quan trọng để bạn sử dụng động cơ một cách hiệu quả.
Kết luận: Qua bài viết trên đây, Bảo An đã giúp bạn hiểu được thêm những kiến thức bổ ích về động cơ bước. Hy vọng những kiến thức về động cơ bước này sẽ giúp ích cho công việc của các bạn.
 30102023030106.jpg)
