Động cơ bước (STEP MOTOR) được sử dụng nhiều trong hệ thống di chuyển bàn máy của máy cắt CNC, máy phay CNC, máy tiện CNC, máy xung, máy cắt dây EDM, máy khắc cắt laser, máy cắt Plasma CNC... Cùng tìm hiểu về cấu tạo, hoạt động và ứng dụng của động cơ bước bài viết dưới đây.

1. Động cơ bước là gì ? 

Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng 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 rôto vào các vị trí cần thiết (theo cụ wikipedia định nghĩa về động cơ bước).

Động cơ bước phổ biến trên thị trường được chia thành 3 loại chính là 2 pha, 3 pha và 5 pha tương ứng với góc bước cơ bản là 1.8 độ, 1.2 độ và 0.72 độ. Góc bước cơ bản càng nhỏ thì số lượng cực từ trên roto càng lớn, ví dụ động cơ có góc bước 1.8 độ thì có 100 cặp cực từ.

Một loại step 2 pha của cnc3ds

Step 5 pha Vexta của anh tư bản Japan

Loại step 3 pha thì chị Na của chúng ta đang làm rất tốt , dải moment xoắn tới 50Nm - thật sự rất khủng khiếp, để cho dễ hình dung sức kéo thì bạn tưởng tượng treo cục tạ 500 kg cách tâm quay 1cm cho dễ nhé ).

Cấu tạo của động cơ bước bao gồm roto là một dãy các lá nam châm vĩnh cửu xếp chồng lên nhau, trên các lá này lại chia thành các cặp cực đối xứng nhau. Stato được cấu tạo từ sắt từ trên đó có chia các rãnh để đặt cuộn dây( động cơ bước 2 pha có 4 cuộn dây). Khi cấp 1 xung điện vào cuộn dây trên stato thì roto sẽ quay 1 góc bằng góc bước cơ bản (tôi đã phá banh một em động cơ bước để tháo ruột cho các bạn xem chơi )

Động cơ bước có thể được điều khiển theo chế độ đầy bước, nửa bước hoặc vi bước, để rõ hơn tôi lấy ví dụ về động cơ bước 2 pha phổ biến với góc bước 1.8 độ thì điều khiển đầy bước cần 200 xung (200 x 1.8 = 360 độ), nửa bước là 400 xung, vi bước thì cần 1000, 2000 xung...  tùy theo driver hỗ trợ các chế độ này như driver điều khiển động cơ bước YKD2608MH có thể điều khiển tới vi bước 1/256 tức 51.200 xung/vòng. Vi bước càng nhỏ thì động cơ bước hoạt động càng êm, mịn và chính xác tuy nhiên nếu chạy với độ phân giải quá cao thì tốc độ max của động cơ sẽ giảm xuống.

2. Ưu nhược điểm của động cơ bước 

Motor bước khi hoạt động có hiện tượng bị trượt bước do lực từ trên nam châm vĩnh cửu đã yếu nên cho vị trí không chính xác hoặc nguồn điện cấp vào không đủ (VD : động cơ bước có góc bước 1.8 độ nên cần 200 xung thì quay đủ 1 vòng tuy nhiên nếu có hiện tượng trượt bước thì cần nhiều hơn 200 xung mới đủ 1 vòng).

Nhược điểm thứ 2 của động cơ bước đó là ồn và nóng lên khi hoạt động, điều này là hoàn toàn bình thường đối với động cơ bước vì bản thân nó được thiết kế để chịu được sức nóng như vậy. Đối với các driver điều khiển động cơ bước thế hệ mới nhất thì độ ồn và nóng của động cơ đã giảm đáng kể.

Ngược lại thì ưu điểm của động cơ bước đó chính là khả năng cung cấp moment xoắn cực lớn ở dải vận tốc thấp và trung bình, khá bền bỉ, thay thế dễ dàng và giá thành thấp, chúng ta có thể tham khảo đường đặc tuyến momen / tốc độ của động cơ bước 86HBP thì tại dải tốc độ 200rpm moment đã bắt đầu giảm, tới tốc độ 1000 rpm thì moment xoắn chỉ còn 1/3, bởi vậy không nên dùng động cơ bước ở các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao và gia tốc lớn nếu không muốn mất tiền oan nhé. Nhìn chung thì tốc độ giảm moment tỉ lệ thuận với tốc độ động cơ.