Các loại động cơ bước đang được sử dụng cực kỳ phổ biến hiện nay. Từ các máy công nghiệp, máy CNC cho đến các thiết bị kỹ thuật số như máy in, ổ cứng,… Việc nắm rõ đặc điểm của động cơ bước giúp bạn chọn mua được loại đúng với nhu cầu sử dụng và mang lại hiệu quả cao hơn.
Chúng ta hãy cùng tìm hiểu động cơ bước là gì? Và lý do tại sao nó lại trở nên phổ biến như thế.
1. Động cơ bước là gì?
Động cơ bước hay còn gọi là Step Motor là một loại động cơ chạy bằng điện. Nó có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường.
Động cơ bước
Nó thực chất là một động cơ đồng bộ, dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định roto vào các vị trí cần thiết.
Nói chung động cơ bước là một loại động cơ mà bạn có thể quy định được góc quay của nó.
2. Phân loại động cơ bước
2.1. Phân loại theo số pha
- Loại 1: động cơ 2 pha là loại động cơ 4 dây, 6 dây hoặc 8 dây. Tương ứng với 1 góc bước khoảng 1.8 độ.
- Loại 2: động cơ 3 pha là loại động cơ 3 dây hoặc 4 dây. Tương ứng với 1 góc bước là 1.2 độ.
- Loại 3: động cơ 5 pha là loại động cơ có 5 dây. Tương ứng với góc bước là 0.72 độ.
2.2. Phân loại theo cực
Động cơ đơn cực
Dòng điện trong một động cơ đơn cực luôn chạy qua cuộn dây theo cùng một hướng. Cho phép sử dụng mạch điều khiển đơn giản. Nó có thể tạo ra mô-men xoắn ít hơn động cơ lưỡng cực.
Động cơ lưỡng cực
Dòng điện trong một động cơ lưỡng cực có thể chạy qua cuộn dây theo một trong hai hướng. Điều này đòi hỏi một mạch điều khiển phức tạp hơn động cơ đơn cực, nó tạo ra nhiều mô-men xoắn hơn.
Động cơ đơn cực và động cơ lưỡng cực
2.3. Phân loại theo Rotor
Động cơ bước nam châm vĩnh cửu (Permanent magnet stepper)
Động cơ nam châm vĩnh cửu sử dụng một nam châm vĩnh cửu (PM) trong rotor. Nó hoạt động dựa trên lực hút hoặc lực đẩy giữa rotor PM và nam châm điện stator.
Động cơ bước biến đổi điện trở (Variable Reluctance Stepper Motor)
Động cơ bước biến đổi điện trở (VR) có một rotor sắt trơn. Nó hoạt động dựa trên nguyên tắc miễn cưỡng tối thiểu xảy ra với khe hở tối thiểu. Do đó các điểm rotor bị hút về phía cực nam châm của stator.
Động cơ bước đồng bộ lai (Hybrid Synchronous Stepper Motor)
Động cơ bước lai (HB) sử dụng kết hợp các kỹ thuật nam châm vĩnh cửu (PM) và biến đổi điện trở (VR) để đạt được công suất tối đa trong kích thước nhỏ gọn.
3. Các phương pháp điều khiển của động cơ bước
3.1. Điều khiển dạng sóng (Wave Drive)
Điều khiển dạng sóng
Đây là cách cơ bản nhất để điều khiển một động cơ bước nhưng nó không được sử dụng nhiều.
Trong phương pháp này, mỗi pha hoặc stato cạnh nhau sẽ được kích hoạt lần lượt bằng cách sử dụng một mạch đặc biệt. Giúp từ hóa và khử từ hóa stato, dẫn đến chuyển động của rôto một bước.
3.2. Điều khiển chạy đủ bước (Full Step Drive)
Điều khiển chạy đủ bước
Thay vì kích hoạt các stator một lần, 2 stator sẽ được kích hoạt chỉ cách nhau 1 khoảng thời gian ngắn. Có nghĩa là stator thứ nhất bật ON và stator thứ hai sẽ ON sau một khoảng thời gian ngắn, trong khi đó stator thứ nhất vẫn ON. Phương pháp này dẫn đến mô-men xoắn cao và cho phép điều khiển động cơ tải cao.
3.3. Điều khiển chạy nửa bước (Half-Stepping Drive)
Điều khiển chạy nửa bước
Phương pháp này khá giống với điều khiển chạy đủ bước. Ở step motor và mạch điều khiển, hai stator được đặt cạnh nhau sẽ được kích hoạt trước và stator thứ ba sẽ được kích hoạt ngay sau đó; nhưng hai stator này bị vô hiệu hóa.
Chu kỳ này kích hoạt hai stator trước và sau đó một stator lặp lại để điều khiển động cơ bước. Phương pháp này dẫn đến tăng độ phân giải của động cơ trong khi giảm mô-men xoắn.
3.4. Điều khiển chạy bước nhỏ (MicroStepping Drive)
Điều khiển chạy bước nhỏ
Đây là phương pháp điều khiển được sử dụng phổ biến nhất vì có tính chính xác cao và giảm tiếng ồn hoạt động ở mức độ lớn.
Mạch điều khiển cung cấp dòng bước biến đổi cho cuộn dây stato ở dạng sóng hình sin. Những bước nhỏ xíu này hiện nay giúp tăng cường độ chính xác của từng bước một.
4. Ưu điểm và nhược điểm của động cơ bước
4.1. Ưu điểm
Động cơ bước không cần cảm biến để phát hiện vị trí động cơ. Khi động cơ di chuyển bằng cách thực hiện các bước cách đơn giản là đếm các bước này. Có thể có được vị trí động cơ tại một thời điểm nhất định.
Điều khiển nó cũng khá đơn giản. Không cần bộ trình điều khiển và tính toán phức tạp hoặc điều chỉnh để hoạt động đúng.
Nhìn chung cách điều khiển của nó dễ dàng so với các động cơ khác. Với microstepping, có thể đạt độ chính xác vị trí cao, lên tới khoảng 0,007°.
Khả năng cung cấp mô men xoắn cực lớn, đặc biệt là ở dải vận tốc thấp và vận tốc trung bình.
Loại động cơ này hiện nay khá bền, giá thành tương đối thấp. Vì thế việc kinh doanh nó cũng dễ dàng hơn.
Ưu điểm động cơ bước
4.2. Nhược điểm
Động cơ bước có thể gặp vấn đề lỡ bước khi mô-men xoắn tải quá cao. Điều này tác động tiêu cực đến việc kiểm soát, vì không có cách nào để biết vị trí thật sự của động cơ.
Tiêu hao dòng điện tối đa ngay cả khi không hoạt động, làm cho hiệu suất kém hơn và có thể gây ra quá nhiệt.
Động cơ có mô-men xoắn thấp và khá ồn ở tốc độ cao.
Cuối cùng động cơ này có mật độ công suất thấp và tỷ lệ mô-men xoắn-quán tính thấp.
Loại động cơ này chỉ phù hợp khi bạn cần một giải pháp tiết kiệm chi phí, dễ điều khiển và không sử dụng với các ứng dụng cần mô-men xoắn ở tốc độ cao.
5. Ứng dụng của động cơ bước
Loại động cơ này hiện nay thường được ứng dụng nhiều trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số.
- Máy công nghiệp: Step motor được sử dụng phổ biến trong máy CNC, máy đo ô tô và máy công cụ thiết bị sản xuất tự động,…
- Bảo mật: trong các sản phẩm giám sát mới cho ngành an ninh.
- Y tế: được sử dụng bên trong máy quét y tế, máy lấy mẫu, máy chụp ảnh nha khoa kỹ thuật số, bơm chất lỏng, mặt nạ phòng độc và máy phân tích máu.
- Điện tử tiêu dùng: Động cơ này trong máy ảnh cho chức năng lấy nét và thu phóng camera kỹ thuật số tự động, ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in 3D.
Ứng dụng của động cơ bước
6. Các loại động cơ bước được sử dụng phổ biến trên máy CNC
6.1. Rtelligent Nema 23 Stepper Motor
Rtelligent Nema 23 Stepper Motor
Với khả năng hoạt động bền bỉ và linh hoạt, Rtelligent’s Nema 23 được làm từ thép và hợp kim nhôm giúp cho sản phẩm có tuổi thọ cao.
- Độ chính xác bước nằm trong phạm vi 5%.
- Góc quay cố định: 1,8 độ.
- Điện trở cách điện: ít nhất 100M OHMS với 500VDC.
- Thời gian chạy hướng tâm tối đa: 0,06s.
- thời gian chạy dọc trục tối đa: 0,08s
- Khả năng chịu nhiệt: < 80 độ C.
- Chất liệu: Thép và hợp kim nhôm
- Kích cỡ: 57x57x80 mm
- Cân nặng: 2.55 pounds
- Mô-men xoắn: 2.2Nm
- Step Angle: 1.8° +/- 5%
6.2. Stepperonline Nema 23 CNC Stepper Motor
Stepperonline Nema 23 CNC Stepper Motor
StepperOnline Nema 23 là động cơ lưỡng cực, mạnh hơn các loại đơn cực thông thường. Có độ chính xác và vị trí tốt hơn khi được sử dụng với máy CNC.
- Có thể chạy 200 bước mỗi vòng quay.
- Cấu trúc 4 dây dẫn.
- Đường kính trục: 6,35mm.
- Chiều dài trục: 20,6mm.
- Step angle của động cơ: 1,8 °.
- Điện trở pha là 0,9 Ohm (Ω).
- Chất liệu: Thép, kim loại, đồng và nhôm
- Kích thước: 57x57x56 mm
- Cân nặng: 1.5 pounds
- Mô-men xoắn: 1.26Nm
- Step angle: 1.8°
6.3. 4 Axis CNC Nema 23 Stepper Motor
4 Axis CNC Nema 23 Stepper Motor
4 Axis CNC Nema 23 Stepper Motor là động cơ 4 trục có trục kép, rất thích hợp cho máy CNC DIY cỡ trung.
Bo mạch USB-CNC cho phép điều khiển động cơ một cách đặc biệt. Nhưng chỉ tương thích với Windows 7. Yêu cần dung lượng tối thiểu 500MB với RAM 512MB và CPU 1 GHz.
- Mô-men xoắn: 2,8Mm
- Nguồn cung cấp năng lượng: 400W
- Step angle: 1.8°
- Hỗ trợ phần mềm USB CNC
Chúng ta đã cùng tìm hiểu về động cơ bước cũng như những ưu điểm và ứng dụng của nó trên một số dòng máy, đặc biệt là máy CNC. Qua đây máy CNC nhập khẩu cũng mong muốn góp phần giúp bạn chọn mua được loại phù hợp với nhu cầu nhằm mang lại hiệu quả sử dụng cao nhất.
