Động cơ bước là gì? Bạn đã bao giờ nghĩ về cách một cánh tay robot di chuyển với độ chính xác hoặc cách máy in đồ họa tạo ra các bản sao chính xác của hình ảnh, hoặc cách các sản phẩm tiêu thụ được di chuyển chính xác xung quanh sàn nhà máy hoặc bất kỳ loại hệ thống định vị điều khiển chuyển động nào khác? Với bài học này và những bài học tiếp theo, bạn sẽ tìm hiểu về điều khiển chuyển động bằng cách sử dụng các loại động cơ khác nhau có sẵn, chủ yếu là động cơ bước và động cơ servo. Việc lựa chọn giữa động cơ servo và động cơ bước có thể khá khó khăn với việc cân bằng một số yếu tố thiết kế trong việc cân nhắc chi phí, mô-men xoắn, tốc độ, gia tốc và mạch truyền động đều đóng một vai trò quan trọng trong việc chọn động cơ tốt nhất cho ứng dụng của bạn. Động cơ bước có trục quay từ tính vĩnh cửu gọi là rôto và các nam châm điện đứng yên bao quanh rôto gọi là stato. Động cơ bước thường có từ 50 đến 100 cực nam châm điện (cặp cực bắc và nam) được tạo ra bởi nam châm vĩnh cửu hoặc dòng điện. Mỗi cực nam châm vĩnh cửu cung cấp một điểm dừng tự nhiên cho trục động cơ. Số lượng cực nhiều hơn cho phép động cơ bước tự định vị chính xác và chính xác giữa mỗi cực. Đây là một tính năng tiện lợi của động cơ bước ở chỗ các cực trong động cơ bước cho phép nó được định vị chính xác mà không cần bất kỳ phản hồi vị trí nào. Nói cách khác, nó hoạt động trong một hệ thống điều khiển vòng hở. Điều khiển vòng hở cho phép một xung điện từ bộ điều khiển di chuyển trục động cơ từ cực này sang cực kia và dừng thẳng hàng với cực điện từ mà không cần phản hồi vị trí tới bộ điều khiển. Đây là một trong những lợi ích của động cơ bước, nhưng những lợi ích bổ sung của động cơ bước sẽ được thảo luận trong một bài báo riêng. Khi chúng ta muốn tăng độ phân giải hoặc đạt được chuyển động quay nhỏ nhất, thiết kế của bước sẽ chứa một số lượng cực từ lớn hơn. Về cơ bản, kích thước bước tăng dần của động cơ bước được cố định ở một mức độ quay nhất định dựa trên số lượng cực nam châm điện. Do đó, việc di chuyển đến một vị trí chính xác chỉ đơn giản là gửi số lượng lệnh xung chính xác. Động cơ bước có thể có tới 200 răng rôto hoặc 200-400 bước đầy đủ cho mỗi vòng quay của trục động cơ. Để xác định độ phân giải của phép quay, chúng ta có thể thực hiện một phép toán nhỏ. Nếu động cơ bước có 200 bước tăng dần và chúng ta biết một vòng quay đầy đủ bằng một vòng tròn hoặc 360 độ thì chúng ta có thể chia 360 độ cho 200. Điều này tương đương với 1, 8 độ của góc quay toàn bước. 400 bước được chia thành 360 độ cung cấp 0, 9 độ xoay góc theo bước đầy đủ. Việc xuất một xung kỹ thuật số từ trình điều khiển bộ điều khiển tương đương với một bước quay. Chế độ kích thích đơn Phương pháp cơ bản của động cơ bước là một chế độ kích từ. Đây là một phương pháp cũ và không được sử dụng nhiều hiện nay nhưng người ta phải biết về kỹ thuật này. Trong kỹ thuật này, mọi pha nếu không thì stato cạnh nhau sẽ được kích hoạt từng pha một cách xen kẽ với một mạch đặc biệt. Điều này sẽ từ hóa và khử từ stator để di chuyển rotor về phía trước. Lái xe toàn bước Trong kỹ thuật này, hai stator được kích hoạt tại một thời điểm thay vì một trong một khoảng thời gian rất ngắn. Kỹ thuật này tạo ra mô-men xoắn cao và cho phép động cơ truyền động tải cao. Lái xe nửa bước Kỹ thuật này khá liên quan đến ổ Full step vì hai stator sẽ được sắp xếp cạnh nhau để nó được kích hoạt trước trong khi cái thứ ba sẽ được kích hoạt sau đó. Loại chu kỳ chuyển đổi hai stato đầu tiên và sau đó stator thứ ba sẽ điều khiển động cơ. Kỹ thuật này sẽ giúp cải thiện độ phân giải của động cơ bước trong khi giảm mô-men xoắn. Bước vi mô Kỹ thuật này được sử dụng thường xuyên nhất do độ chính xác của nó. Dòng điện bước thay đổi sẽ được cung cấp bởi mạch điều khiển động cơ bước về phía các cuộn dây stato dưới dạng một dạng sóng hình sin. Độ chính xác của mỗi bước có thể được nâng cao bởi dòng điện bước nhỏ này. Kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi vì nó mang lại độ chính xác cao cũng như giảm tiếng ồn hoạt động ở một mức độ lớn. Mạch động cơ bước và hoạt động của nó Động cơ bước hoạt động khác với động cơ chổi than DC, động cơ này quay khi điện áp được đặt vào các đầu cuối của chúng. Mặt khác, động cơ bước hiệu quả có nhiều nam châm điện có răng được bố trí xung quanh một miếng sắt hình bánh răng trung tâm. Các nam châm điện được cung cấp năng lượng bởi một mạch điều khiển bên ngoài, ví dụ, một vi điều khiển. Để làm cho trục động cơ quay, đầu tiên người ta cấp điện cho một nam châm điện, làm cho các răng của bánh răng bị hút từ tính vào các răng của nam châm điện. Tại điểm khi các răng của bánh răng được căn chỉnh với nam châm điện đầu tiên, chúng sẽ hơi lệch khỏi nam châm điện tiếp theo. Vì vậy, khi nam châm điện tiếp theo được BẬT và cái đầu tiên được TẮT, bánh răng sẽ quay nhẹ để ăn khớp với cái tiếp theo và từ đó quá trình này được lặp lại. Mỗi bước quay nhỏ đó được gọi là một bước, với một số nguyên bước thực hiện một vòng quay đầy đủ. Bằng cách đó, động cơ có thể được quay một cách chính xác. Động cơ bước không quay liên tục, chúng quay theo từng bước. Có 4 cuộn dây với một 90 o góc giữa nhau cố định trên stator. Các kết nối của động cơ bước được xác định bởi cách các cuộn dây được kết nối với nhau. Trong động cơ bước, các cuộn dây không được kết nối. Động cơ có bước quay 90 o với các cuộn dây được cấp điện theo thứ tự tuần hoàn, xác định chiều quay của trục. Hoạt động của động cơ này được thể hiện bằng cách vận hành công tắc. Các cuộn dây được kích hoạt nối tiếp trong khoảng thời gian 1 giây. Trục quay 90 o mỗi lần kích hoạt cuộn tiếp theo. Mô-men xoắn tốc độ thấp của nó sẽ thay đổi trực tiếp theo dòng điện. Các loại động cơ bước Có ba loại động cơ bước chính, chúng là: - Bước nam châm vĩnh cửu - Bước đồng bộ lai - Bước bất đắc dĩ biến
