Động cơ bước là gì? Nguyên lý hoạt động và các loại cơ bản cho Makers

Động cơ bước là linh kiện điện tử rất phổ biến, dùng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Dưới đây, IoTZone sẽ giải thích chi tiết động cơ bước là gì, cấu tạo cũng như một số loại động cơ bước phổ biến nhé!

Động cơ bước là gì?

Động cơ bước (Stepper Motor) là động cơ điện một chiều, chúng di chuyển theo từng bước và bên trong động cơ bước gồm các cuộn dây được chia theo từng nhóm (mà chúng ta gọi là pha).

Khi nguồn điện được cung cấp theo thứ tự pha nhất định, động cơ bước sẽ quay từng bước theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ tùy theo thứ tự pha được cấp.

Nói ngắn gọn, đây là một động cơ đồng bộ có thể biến đổi các tín hiệu điều khiển thành chuyển động góc quay với một góc nhất định. Qua đó, chúng ta có thể điều khiển động cơ bước quay một góc chính xác bằng cách đếm các bước đã đi được.

Trong bài viết này, IoTZone sẽ hướng dẫn bạn cách dùng động cơ bước một cách đơn giản, với hướng dẫn từng bước để bạn hiểu về động cơ “phức tạp” này nhé! Nào, trước hết là tìm hiểu về cấu tạo động cơ bước.

Cấu tạo động cơ bước

Giống với các loại động cơ điện khác, cấu tạo động cơ bước gồm các bộ phận đứng yên (stato) và bộ phận chuyển động (roto):

  • Trên Stator có các bánh răng để quấn cuộn dây xung quanh nó (như hình)
  • Roto thường là các nam châm vĩnh cữu hoặc các lõi sắt từ

Dưới đây, mình có đính kèm hình ảnh minh họa cấu tạo của động cơ bước là gì để bạn dễ hình dung:

Cấu tạo động cơ bước là gì
Cấu tạo động cơ bước là gì

>> Xem thêm: Transistor NPN là gì? Cấu tạo, cách hoạt động và câu hỏi thường gặp

Roto (bộ phận chuyển động)

Về cơ bản thì động cơ Roto trong động cơ bước được chia làm 3 loại khác nhau:

  • Roto nam châm vĩnh cữu: Roto này là một nam châm vĩnh cữu thẳng hàng với từ trường mà Stato tạo ra. Điều này giúp cho động cơ chống lại được sự thay đổi vị trí (mặc dù không mạnh lắm). Nhược điểm của cấu tạo động cơ bước bằng roto là chúng có tốc độ thấp hơn so với các loại khác.
Cấu tạo động cơ bước - bộ phận Roto
  • Động cơ bước có Roto biến đổi điện trở: Roto này được làm từ lõi sắt và có hình dạng cụ thể, cho phép chúng ta thay đổi từ trường tùy thích. Do đó, động cơ bước loại này sẽ có tốc độ nhanh hơn.
  • Động cơ bước có Roto lai: Đây được xem như là Roto kết hợp giữa nam châm vĩnh cữu và roto biến đổi điện trở. Chúng có các thành phần với bánh răng xen kẽ và lõi từ dọc, cho phép kết hợp ưu điểm của cả 2 loại trên. Tuy nhiên, chúng sẽ có cấu trúc phức tạp và kích thước 1 bước khá nhỏ, chỉ ở mức khoảng 0,9°
Cấu tạo động cơ bước có roto lai
Cấu tạo động cơ bước có roto lai

Stator

Trong cấu tạo động cơ bước, đây là bộ phận chịu trách nhiệm tạo ra từ trường để roto điều chỉnh. Trong stato gồm các pha và các cặp cực, kết nối dây với nhau. Thường thì động cơ bước 2 pha là loại phổ biến nhất, còn động cơ bước 1 pha và 3 pha thì ít phổ biến hơn:

Cấu tạo động cơ bước - Stato 2 pha và 3 pha
Cấu tạo động cơ bước – Stato 2 pha và 3 pha

Trong đó, Stato 2 pha gồm 2 loại là đơn cực và lưỡng cực, như hình dưới:

Cấu tạo động cơ bước 2 pha
Cấu tạo động cơ bước 2 pha

Các chữ cái N, S trong hình hiển thị từ trường được tạo ra, khi chúng ta cho điện áp dương vào giữa A+, A-.

Nguyên lý hoạt động của động cơ bước

Mỗi xung tín hiệu sẽ làm động cơ bước quay 1 góc chính xác, thường là 1.8°. Chúng có thể tự di chuyển một cách chính xác mà không cần sự hỗ trợ của cảm biến phản hồi nào khác.

Khi chúng ta tăng tần số của xung điều khiến, động cơ bước sẽ chuyển từ trạng thái chuyển động từng bước sang quay liên tục, với tốc độ quay tỷ lệ thuận với tần số xung điều khiển.

Cụ thể, khi chúng ta cấp điện cho một hoặc nhiều pha Stato khác nhau trong động cơ bước, dòng điện sẽ tạo ra từ trường. Khi cung cấp thứ tự các pha khác nhau, từ trường sẽ khác và roto sẽ quay một góc cụ thể đến vị trí mà chúng ta mong muốn.

Hình dưới đây minh họa rõ nguyên lý làm việc của động cơ bước:

Nguyên lý hoạt động của động cơ bước

Cụ thể:

  • Ban đầu, chúng ta cấp điện cho cuộn dây A và roto thẳng hàng với từ trường được tạo
  • Sau đó, chúng ta cấp điện cho cuộn B => Roto sẽ quay một góc 60 độ để thẳng hàng với từ trường mới
  • Tương tự, khi cấp điện cho cuộn C => Roto sẽ quay góc mới để thẳng hàng

Trong hình trên, IoTZone đã dùng màu sắc để hiển thị hướng của từ trường do cuộn dây Stato tạo ra, để bạn dễ quan sát.

Một số động cơ bước phổ biến

Như mình đã trình bày, các động cơ bước phổ biến hiện nay được chia thành 3 loại là động cơ bước 2 pha (với góc bước 1,8°, loại 3 pha (góc bước 1,2°) và loại 5 pha (góc bước 0,72°).

Hiện nay, trên thị trường có khá nhiều loại động cơ bước khác nhau. Việc chọn dùng động cơ bước nào phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng của bạn. Dưới đây là một số gợi ý:

  • Động cơ bước 28BYJ-48
  • Động cơ bước Nema
  • Động cơ bước Nema Mounting Bracket

Nếu bạn đang muốn sử dụng động cơ bước 28BYJ-48, thì IoTZone đã có 1 bài viết hướng dẫn chi tiết về cách điều khiển loại này với ESP32 và Arduino IDE, bạn có thể xem tại bài viết sau: Arduino điều khiển động cơ bước 28BYJ-48 – Sử dụng ESP32 và ULN2003

Lời kết

Qua bài viết trên của IoTZone, hy vọng bạn đã hiểu hơn về khái niệm động cơ bước là gì, nguyên lý hoạt động và cấu tạo động cơ bước. Bạn có thể theo dõi blog tại IoTZone để cập nhật thêm các hướng dẫn chi tiết về cách sử dụng các linh kiện điện tử này và làm các dự án IoT, AI,… cho mình nhé!

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *