Động cơ bước là gì?
Động cơ bước là một loại động cơ điện, hoạt động bằng cách xoay lần lượt từng bước một, mỗi bước là một góc nhỏ nhất định. Điều này làm cho động cơ bước trở thành một giải pháp tốt cho các ứng dụng đòi hỏi chính xác vị trí và tốc độ động cơ cao.
Các động cơ bước được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đòi hỏi chính xác, như trong các thiết bị in ấn, máy tính và các thiết bị điện tử khác. Các động cơ bước cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng máy móc công nghiệp, như robot công nghiệp, máy CNC, máy in 3D, vv.
Các loại động cơ bước phổ biến bao gồm động cơ bước đơn và đôi, động cơ bước Hybrid, và động cơ bước đa bước.
Phân loại động cơ bước
Phân loại dựa vào số pha của động cơ
Động cơ bước có thể được phân loại dựa trên số pha của chúng. Có ba loại động cơ bước phổ biến nhất là động cơ bước 2 pha, động cơ bước 3 pha và động cơ bước 5 pha.
- Động cơ bước 2 pha thường được sử dụng trong các ứng dụng như máy in, máy quay đĩa vinyl, máy chiếu phim, vv.
- Động cơ bước 3 pha thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp, chẳng hạn như máy móc sản xuất, cơ cấu chuyển động, vv.
- Động cơ bước 5 pha được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao như máy CNC, máy khoan, vv.
Phân loại động cơ bước dựa vào rotor
Động cơ bước cũng có thể được phân loại dựa trên rotor của chúng. Có hai loại động cơ bước chính là động cơ bước 2 pha và động cơ bước 5 pha, tùy thuộc vào cách cấu tạo của rotor.
- Động cơ bước 2 pha có rotor làm từ một nam châm cứng hoặc từ hai thanh nam châm dài, hình dạng giống như một hình chữ L.
- Động cơ bước 5 pha có rotor làm từ một số lượng nhất định của nam châm nằm trên một vòng tròn, giống như một chiếc bánh xe.
Phân loại tùy thuộc vào cực của động cơ
Động cơ bước cũng có thể được phân loại tùy thuộc vào cực của chúng. Các động cơ bước phân loại này bao gồm động cơ bước đơn cực, động cơ bước đa cực và động cơ bước đa cực dòng chảy.
- Động cơ bước đơn cực là loại động cơ bước đơn giản nhất, chỉ có một cực trên rotor.
- Động cơ bước đa cực có nhiều cực trên rotor, thường từ 4 đến 12 cực.
- Động cơ bước đa cực dòng chảy có thể có số lượng cực lên đến hàng trăm và thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, chẳng hạn như máy CNC, máy quay phim, vv.
Ngoài ba phân loại chính trên, còn có một số loại động cơ bước khác, tùy thuộc vào các yếu tố khác nhau như công suất, tần số hoạt động, vật liệu, vv. Tuy nhiên, tất cả các loại động cơ bước đều có một số tính chất chung như độ chính xác cao, khả năng kiểm soát chuyển động chính xác, tốc độ chuyển động thấp, khả năng giữ vị trí tốt, và độ tin cậy cao.
Cấu tạo động cơ bước
Động cơ bước là một loại động cơ điện có tính chính xác và độ tin cậy cao, thường được sử dụng trong các ứng dụng cần chính xác định vị vòng quay. Cấu tạo của động cơ bước bao gồm các thành phần chính sau:
- Stator: là phần cố định của động cơ, gồm nhiều cuộn dây được đặt xen kẽ với nhau để tạo ra các cực từ. Stator thường được làm bằng thép không gỉ để đảm bảo độ bền và chống ăn mòn.
- Rotor: là phần quay của động cơ, được thiết kế với một số nam châm dựa trên các loại từ từ tính khác nhau. Khi được kích thích bởi các cực từ trên stator, rotor sẽ quay.
- Bộ điều khiển: là bộ phận quản lý và điều khiển hoạt động của động cơ bước, thông thường là một vi điều khiển. Bộ điều khiển sẽ xác định vị trí hiện tại của rotor và quyết định điều khiển dòng điện vào các cuộn dây của stator để đưa rotor đến vị trí tiếp theo.
- Encoder: là bộ phận dùng để đo vị trí của rotor và gửi tín hiệu trở lại cho bộ điều khiển để có thể kiểm soát chính xác hơn các vị trí của rotor.
- Các bộ phận khác bao gồm các cảm biến, bộ khuếch đại, bộ giảm tốc, v.v.
Thông số motor bước
Mỗi Motor động cơ bước sẽ có một bộ phận quan trọng khác nhau và thông số khác nhau. Theo thông số nhà sản xuất hiện nay động cơ bước đang có các thông số cơ bản như sau:
| Rated Current/ phase (dòng tiêu thụ tối đa của mỗi pha) | 2.0 A |
| Phase Resistance (điện trở của từng pha) | 1.4 Ω |
| Voltage (hiệu điện thế dòng điện) | 2.8 V |
Trong đó các chỉ số Rated Current/ phase sẽ thể hiện cho mọi người biết dòng điện tối đa mà mỗi pha của động cơ có thể tiếp nhận là bao nhiêu. Nếu bộ điều khiển có dòng điện mỗi pha cao hơn thông số nêu trên thiết bị sẽ bị hỏng. Vì thế bạn nên lựa chọn bộ điều khiển cho dòng điện chạy ra xấp xỉ 80-90% thông số trên đây.
Bộ điện trở mỗi pha được xem là hằng số còn mỗi con số voltage được biết đến là hiệu điện thế tối ưu cho các bước có thể hoạt động ổn định nhất theo thông số (2.0 * 1.4 = 2.8V)
Nguyên lý hoạt động của động cơ bước như thế nào?
Động cơ bước là một loại động cơ điện được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị tự động hóa và robot. Động cơ bước hoạt động dựa trên nguyên lý hoạt động của từ trường và điện động lực học.
Động cơ bước có hai phần chính là rotor (cũng gọi là cánh quạt) và stator (cũng gọi là cuộn dây). Rotor được chia thành nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, được đặt trên một trục, và có thể quay được. Stator bao gồm các cuộn dây dày và được đặt xung quanh rotor, tạo thành một chiếc vòng có thể tạo ra từ trường.
Khi một dòng điện xoay chiều được đưa vào stator, từ trường được tạo ra xoay quanh rotor, và rotor sẽ cố gắng xoay để cân bằng với từ trường này. Tuy nhiên, do cấu trúc cánh quạt trên rotor, nó chỉ có thể quay một góc nhất định mỗi khi một xung điện được đưa vào stator. Điều này làm cho rotor xoay theo các bước nhỏ, gọi là bước góc. Số bước góc mà rotor xoay phụ thuộc vào số cặp nam châm trên rotor và số pha của xung điện đưa vào stator.
Động cơ bước rất chính xác và có thể điều khiển được bằng cách thay đổi tần số và pha của xung điện đưa vào stator. Điều này cho phép chúng được sử dụng trong các ứng dụng cần độ chính xác cao, chẳng hạn như trong các hệ thống điều khiển chuyển động của robot hay trong máy in 3D.
Ứng dụng của động cơ bước
Động cơ bước là một loại động cơ điện, được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Các ứng dụng của động cơ bước bao gồm:
- Các ứng dụng về định vị: Động cơ bước được sử dụng để định vị chính xác trong các máy CNC (máy điều khiển số) để kiểm soát vị trí của các trục di chuyển.
- Các ứng dụng về robot: Động cơ bước được sử dụng để điều khiển các bộ phận của robot, như các khớp của cánh tay, chân, v.v.
- Các ứng dụng về in 3D: Động cơ bước được sử dụng để kiểm soát các trục di chuyển trong quá trình in 3D, giúp in 3D trở nên chính xác và chính xác hơn.
- Các ứng dụng về quảng cáo: Động cơ bước được sử dụng để điều khiển các bộ phận trong các bảng hiệu quảng cáo, để tạo ra các hiệu ứng ánh sáng hoặc chuyển động.
- Các ứng dụng về máy móc tự động: Động cơ bước được sử dụng để điều khiển các bộ phận của máy móc tự động, như các cơ cấu bánh răng, van, v.v.
- Các ứng dụng về thiết bị y tế: Động cơ bước được sử dụng trong các thiết bị y tế để điều khiển các cơ cấu chính xác, như trong máy chụp MRI, máy quét CT, v.v.
- Các ứng dụng về thiết bị gia dụng: Động cơ bước được sử dụng trong các thiết bị gia dụng như máy giặt, máy rửa bát, robot hút bụi, v.v. để kiểm soát các bộ phận di chuyển.
Ưu – nhược điểm của động cơ bước
Động cơ bước là một loại động cơ điện cực kỳ phổ biến trong các ứng dụng điều khiển chính xác và độ chính xác cao như máy in, máy CNC, robot, máy chiếu, máy quay phim, vv. Dưới đây là ưu và nhược điểm của động cơ bước:
Ưu điểm của động cơ bước
Độ chính xác cao: Động cơ bước có thể xoay một góc cực nhỏ, thường là từ 0,9 đến 1,8 độ, đảm bảo sự chính xác và độ tin cậy trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.
Không cần đồng bộ: Động cơ bước có thể hoạt động một cách độc lập mà không cần đồng bộ với các động cơ khác trong hệ thống.
Điều khiển dễ dàng: Động cơ bước có thể được điều khiển bằng các tín hiệu đơn giản và chính xác, không cần bộ điều khiển phức tạp.
Dễ bảo trì và lắp đặt: Động cơ bước có thiết kế đơn giản và không có bộ phận tiếp xúc trực tiếp, dễ dàng bảo trì và lắp đặt.
Khả năng tự khóa: Khi không có dòng điện đi qua động cơ bước, nó có thể tự khóa vị trí hiện tại của nó mà không cần dùng phanh hoặc khóa vị trí.
Nhược điểm của động cơ bước
Chi phí cao: Động cơ bước có chi phí cao hơn so với các loại động cơ thông thường khác.
Điện năng tiêu thụ: Động cơ bước tiêu thụ điện năng khá cao, do đó cần sử dụng nguồn điện có năng lượng cao.
Tốc độ chậm: Tốc độ xoay của động cơ bước thường rất chậm so với các loại động cơ khác.
Rung và nhiễu: Khi hoạt động ở tốc độ cao, động cơ bước có thể gây ra rung và nhiễu, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và độ chính xác của hệ thống.
