Step Motor là gì? Ưu điểm và nhược điểm của step motor

Step Motor là một thành phần quan trọng trong ngành công nghiệp tự động hóa, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về Step Motor, cũng như điểm mạnh và điểm yếu của nó.

Step Motor là gì?

Step Motor, còn được gọi là Motor bước, là một loại motor điện được thiết kế để chuyển đổi các xung điện thành chuyển động xoay theo từng bước cố định, hay “bước.” Mỗi bước xoay tương ứng với một số lượng cố định các bước sóng điện. Điều này làm cho Step Motor trở nên đặc biệt trong việc kiểm soát vị trí và vận tốc.

Step Motor thường được điều khiển thông qua việc cung cấp các xung điện từ một bộ điều khiển đặc biệt, và chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng tự động hóa, trong đó việc duy trì độ chính xác vị trí và kiểm soát vận tốc là rất quan trọng. 

Các ví dụ về ứng dụng của Step Motor bao gồm máy in 3D, máy CNC (máy điều khiển số học), robot công nghiệp, và nhiều thiết bị tự động hóa khác.

Các loại Step Motor phổ biến

Step Motor một bước (Single-Step Motor)

Đây là loại phổ biến nhất và cũng là loại đơn giản nhất. Motor này thực hiện một bước xoay cố định mỗi khi nhận một xung điện. Điều này làm cho chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác tương đối cao, chẳng hạn như máy in 3D.

Step Motor hai bước (Two-Step Motor)

Loại này thực hiện một bước lớn mỗi khi nhận một xung điện, nó gọi là “bước đầy” và “bước không đầy.” Điều này cho phép nó thực hiện vận tốc cao hơn so với Step Motor một bước, nhưng vẫn duy trì độ chính xác tương đối.

Step Motor ba bước (Three-Step Motor)

Tương tự như Step Motor hai bước, loại này thực hiện ba bước mỗi khi nhận một xung điện. Nó thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi vận tốc và độ chính xác cao hơn.

Step Motor tức thì (Synchronous Step Motor)

Loại này được cấp điện bằng các xung đa pha, giúp cải thiện vận tốc và độ chính xác. Chúng thường sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao như máy CNC và robot công nghiệp.

Step Motor đa bước (Multi-Step Motor)

Đây là một biến thể của Step Motor một bước, có thể hoạt động ở nhiều chế độ bước khác nhau. Điều này cung cấp tính linh hoạt cao trong việc điều khiển vận tốc và vị trí.

Step Motor không bắt buộc (Unipolar Step Motor) và Step Motor kép (Bipolar Step Motor)

Đây là hai loại Step Motor liên quan đến cách mà dây cuộn được kết nối. Unipolar Step Motor sử dụng một dây cuộn cho mỗi pha và dễ dàng điều khiển bằng các transistors động cơ đơn giản. Bipolar Step Motor sử dụng hai dây cuộn cho mỗi pha và cần mạch điều khiển phức tạp hơn nhưng cung cấp hiệu suất tốt hơn.

Ưu điểm của Step Motor

Mô men xoắn lớn

Động cơ bước có khả năng cung cấp mô men xoắn mạnh, đặc biệt ở các vận tốc thấp và trung bình. Điều này làm cho chúng rất hiệu quả trong việc làm việc với các tải nặng hoặc tải khó khăn..

Điều chỉnh góc quay chính xác

Một ưu điểm lớn của Động cơ bước là khả năng kiểm soát góc quay một cách chính xác. Điều này rất quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, chẳng hạn như máy in 3D hoặc máy CNC.

Tuổi thọ lâu dài

Động cơ bước thường được thiết kế đơn giản với ít bộ phận cơ học, do đó, chúng có khả năng hoạt động lâu dài và độ bền cao. Điều này giúp giảm chi phí bảo trì.

Dễ lắp đặt và thay thế

Động cơ bước dễ dàng lắp đặt và thay thế. Việc này giúp giảm thời gian và công sức cần thiết khi triển khai chúng trong các hệ thống.

Giá thành thấp

Một trong những ưu điểm đáng kể của Động cơ bước là giá thành thấp, làm cho chúng phù hợp cho nhiều ứng dụng và ngân sách.

Nhược điểm của Step Motor

Hiện tượng trượt bước

Khi hoạt động, Động cơ bước có thể trượt bước, gây sai lệch trong vị trí. Nguyên nhân có thể là do lực từ nam châm vĩnh cửu bên trong Động cơ đã yếu dần hoặc nguồn điện cung cấp không đủ. 

Ví dụ, một Động cơ bước có góc bước là 1.8 độ có thể cần 200 xung để quay đủ một vòng. Tuy nhiên, nếu xảy ra hiện tượng trượt bước, cần nhiều hơn 200 xung để hoàn thành một vòng quay.

Dễ trượt bước khi quá tải

Động cơ bước không thể tăng hoặc giảm dòng điện đi qua cuộn dây trong quá trình hoạt động. Điều này đồng nghĩa rằng nếu quá tải, Động cơ bước có thể trượt bước, gây sai lệch trong điều khiển và vị trí.

Nhiễu và nhiệt độ

Động cơ bước có thể tạo ra ồn và nhiệt độ tăng lên trong quá trình hoạt động. Mặc dù các driver điều khiển Động cơ bước thế hệ mới giúp giảm đáng kể ồn và nhiệt độ, nhưng vẫn là một nhược điểm cần xem xét,

Nhiễu và rung động

So với động cơ servo, Động cơ bước thường tạo ra nhiều nhiễu và rung động hơn, điều này có thể ảnh hưởng đến chất lượng của các ứng dụng yêu cầu chuyển động mịn màng.

Không thích hợp cho tốc độ cao

Động cơ bước thường không thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao, nơi các động cơ servo thường là sự lựa chọn tốt hơn.

Ứng dụng của Động cơ bước

Động cơ bước có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau, nhờ khả năng kiểm soát vị trí và góc quay của chúng một cách chính xác. Dưới đây là một số ví dụ về các ứng dụng phổ biến của Động cơ bước:

Máy CNC (Máy điều khiển số học)

Máy CNC sử dụng Động cơ bước để kiểm soát vị trí và chuyển động của dụng cụ cắt hoặc gia công. Điều này giúp tạo ra các sản phẩm với độ chính xác và chi tiết cao.

Robot công nghiệp

Động cơ bước thường được sử dụng trong các robot công nghiệp để kiểm soát chuyển động của cánh tay robot và các khớp nối. Điều này giúp robot thực hiện các nhiệm vụ như lắp ráp, hàn, và vận chuyển hàng hóa một cách chính xác.

Máy in 3D

Động cơ bước được sử dụng rộng rãi trong máy in 3D để điều khiển động cơ và bộ phận trục Z, X, Y, giúp in ra các sản phẩm 3D với độ chính xác cao.

Ứng dụng y tế

Trong lĩnh vực y tế, Động cơ bước thường được sử dụng trong các thiết bị y tế như máy quét hình ảnh, máy tạo hình laser, hoặc máy phát hiện DNA. Chúng giúp kiểm soát vị trí của các bộ phận chuyển động trong thiết bị để thực hiện chẩn đoán và điều trị.

Kết luận

Động cơ bước là một thành phần quan trọng và đa dạng trong ngành công nghiệp tự động hóa và công nghệ. Chúng có nhiều ưu điểm đáng chú ý, làm cho chúng phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Tuy nhiên, Động cơ bước cũng đi kèm với một số nhược điểm, bao gồm hiện tượng trượt bước, nhiễu và nhiệt độ tăng, và không thích hợp cho tốc độ cao. Chính vì vậy, việc lựa chọn sử dụng Động cơ bước phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể và yêu cầu của dự án.