STEP MOTOR - ĐỘNG CƠ BƯỚC

Step motor hay còn gọi là động cơ bước, là một loại động cơ sử dụng điện nhưng lại có nguyên lý và ứng dụng khác biệt so với các loại động cơ 1 pha hay 3 pha thông thường.
Đây 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, giúp cho người dùng cố định roto của máy vào trong các vị trí cần thiết.
Động cơ bước được thiết kế để chia nhỏ một vòng quay hoàn toàn thành nhiều phần nhỏ hơn của vòng quay đó. Với động cơ bước chúng ta có thể quy định được tần số góc quay của nó. Nếu góc bước của nó càng nhỏ thì số bước trên mỗi vòng quay của động cơ càng lớn và độ chính xác của vị trí chúng ta thu được càng lớn.

Động cơ bước Nema17 42x42mm

Ví dụ: một động cơ bước 1,8 độ/bước quay hết 1 vòng 360 độ thì mất 200 bước (gọi là FULL STEP). Các chế độ quay nhiều xung thì động cơ quay sẽ êm hơn. Nhờ đó, chúng được sử dụng để điều khiển các tác vụ đòi hỏi kiểm soát chuyển động với độ chính xác cao.

PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ BƯỚC

Động cơ bước được phân loại dựa vào các tiêu chí sau đây:

• Dựa vào số pha của động cơ
  • Động cơ bước 2 pha tương ứng với 1 góc bước là 1.8 độ.
  • Động cơ bước 3 pha tương ứng với 1 góc bước là 1.2 độ.
  • Động cơ bước 5 pha tương ứng với 1 góc bước là 0.72 độ.
• Dựa vào rotor
  • Động cơ bước nam châm vĩnh cửu.
  • Động cơ bước có biến đổi điện trở.
  • Động cơ bước đồng bộ lai.

• Tùy thuộc vào cực của động cơ

• • Động cơ đơn cực: Dòng điện luôn luôn chạy qua cuộn dây chỉ theo cùng một hướng. Điều này cho phép động cơ sử dụng mạch điều khiển đơn giản, vì nó sẽ tạo ra mô men xoắn ít hơn là động cơ lưỡng cực.
  • Động cơ lưỡng cực: Dòng điện của động cơ có thể chạy qua cuộn dây theo 1 trong 2 hướng, điều này lại đòi hỏi một mạch điều khiển phức tạp, nó sẽ tạo ra nhiều mô men xoắn hơn nữa.

CẤU TẠO ĐỘNG CƠ BƯỚC

Động cơ bước bao gồm Rotor và Stato

• Rotor thực ra chính là một dãy các lá nam châm vĩnh cửu, chúng được sắp xếp chồng lên nhau một cách kỹ lưỡng, cẩn thận. Trên các lá nam châm này lại được chia thành các cặp cực sắp xếp đối xứng với nhau.
• Stato được cấu tạo bằng sắt từ, chúng được chia thành các rãnh nhỏ để đặt cuộn dây.

Động cơ bước thường được sử dụng trong hệ thống điều khiển có vòng hở đơn giản, hoặc là vòng kín đều được. Tuy nhiên, khi sử dụng động cơ bước vào trong hệ điều khiển vòng hở khi máy móc bị quá tải thì tất cả các giá trị của động cơ đều bị mất đi và hệ thống cũng cần phải nhận diện lại.

THÔNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC

Điều đầu tiên khi tìm kiếm động cơ bước đó là xác định được số step. Thông số này sẽ được các nhà sản xuất cung cấp một cách đầy đủ. Thường thì tại Việt Nam dùng các motor bước có số stepp 200.

Một thông số khác mà chúng ta cần quan tâm liên quan đến điện áp đó là:

• 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

Bộ điều khiển động cơ bước

Dòng tiêu thụ tối đa của mỗi pha hay Rated Current / phase sẽ cung cấp cho người dùng biết được dòng điện tối đa mà các pha của động cơ nhận được. Khi nào driver hỏng? Đó là khi dòng điện của mỗi pha cao hơn thông số Rated Current / phase. Vì thế mà khi lựa chọn, kỹ sư thường khuyên người mua chọn các driver có dòng điện ra ở mức xấp xỉ 80% – 90% thông số ở trên.

Điện trở ở mỗi pha là 1 hằng số, để biết được thông số này thì bạn tìm kiếm và xem trong datasheet của động cơ bước. Thông số này cho biết hiệu điện thế tối ưu để stepper motor có thể làm việc ổn định, hiệu quả.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC

Động cơ bước không quay theo các cơ chế thông thường, bởi vì Step motor quay theo từng bước một, cho nên nó có một độ chính xác cao, đặc biệt là về mặt điều khiển học.

Động cơ motor bước làm việc nhờ vào hoạt động của các bộ chuyển mạch điện tử. Các mạch điện tử này sẽ đưa các tín hiệu của lệnh điều khiển chạy vào stato theo số thứ tự lần lượt và một tần số nhất định. 

Tổng số góc quay của từng con rotor tương ứng với số lần mà động cơ được chuyển mạch. Đồng thời, chiều quay và tốc độ quay của con rotor còn phụ thuộc vào số thứ tự chuyển đổi cũng như tần số chuyển đổi của nó.