Động cơ bước 2 pha – Cấu tạo, Nguyên lý hoạt động và Ứng dụng
1. Tổng quan về động cơ bước 2 pha
1.1. Khái niệm động cơ bước 2 pha
1.2. So sánh động cơ bước 2 pha với các loại động cơ khác
1.3. Tại sao động cơ bước 2 pha được sử dụng phổ biến
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ bước 2 pha
2.1. Cấu tạo động cơ bước 2 pha
2.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ bước 2 pha
3. Các loại động cơ bước 2 pha phổ biến hiện nay
3.1. Động cơ bước size 42
3.2. Động cơ bước size 57
3.3. Động cơ bước 12v và động cơ bước 5v
3.4 Động cơ bước 28byj 48
4. Hướng dẫn lựa chọn động cơ bước 2 pha
5. Những lưu ý khi sử dụng động cơ bước 2 pha
6. Driver động cơ bước
6.1. Khái niệm Driver động cơ bước
6.2. Phân loại Driver động cơ bước
6.3. Cách lựa chọn Driver động cơ bước
7. Tại sao nên mua động cơ bước 2 pha tại MISUMI Việt Nam?
ĐỘNG CƠ BƯỚC 2 PHA – CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ỨNG DỤNG
1. Tổng quan về động cơ bước 2 pha
1.1. Khái niệm động cơ bước 2 pha
Động cơ bước 2 pha là một loại động cơ bước, sử dụng xung điện điều khiển để tạo ra các bước chuyển động quay rời rạc. Các cuộn dây bên trong động cơ bước 2 pha được chia thành 2 pha tách biệt với dòng điện chạy qua theo các chu kì tương ứng.
1.2. So sánh động cơ bước 2 pha với các loại động cơ khác
Ngoài động cơ bước 2 pha, còn có động cơ bước 3 pha hoặc 5 pha cũng rất phổ biến hiện nay.
So với động cơ bước 2 pha, động cơ bước 3 pha sử dụng 3 dòng điện, do đó động cơ bước 3 pha thường mang lại hiệu suất cao hơn và vận hành mượt mà hơn. Tuy nhiên, hệ thống điều khiển cũng phức tạp và chi phí cao hơn.
Động cơ bước 5 pha với nhiều cuộn dây điện hơn so với động cơ bước 2 pha và động cơ bước 3 pha, có độ rung thấp và độ chính xác cao hơn rất nhiều. Tuy nhiên, cũng giống như động cơ bước 3 pha, các yêu cầu về điều khiển và chi phí vận hành cũng cao hơn các loại động cơ kể trên.
1.3. Tại sao động cơ bước 2 pha được sử dụng phổ biến
Mặc dù hiệu suất kém hơn động cơ bước 3 pha hoặc 5 pha, động cơ bước 2 pha vẫn có lợi thế về chi phí và điều khiển đơn giản, phù hợp với ứng dụng đơn giản, không đòi hỏi độ chính xác quá cao và tiết kiệm.
Hình 1. So sánh số pha trong động cơ bước 2 pha và động cơ bước 5 pha
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ bước 2 pha
2.1. Cấu tạo động cơ bước 2 pha
Cấu tạo động cơ bước 2 pha bao gồm hai phần chính: Rô-to và Stato. Rô-to là phần quay, có thể là nam châm vĩnh cửu hoặc rô-to từ trở, có các cực từ. Stato là phần tĩnh, chứa hai cuộn dây độc lập (pha A và pha B). Các cuộn dây này được quấn quanh các lõi sắt từ.
Điểm đặc biệt trong cấu tạo động cơ bước 2 pha là rô-to thường có dạng răng cưa hoặc được chế tạo với nam châm vĩnh cửu, giúp tăng độ chính xác và ổn định khi hoạt động. Cấu tạo động cơ bước 2 pha có thể bao gồm 4, 6 hoặc 8 dây, cho phép các kiểu kết nối và điều khiển khác nhau. Ví dụ, động cơ 8 dây cho phép kết nối nối tiếp (tăng điện trở, giảm dòng điện, phù hợp cho tốc độ cao) hoặc kết nối song song (giảm điện trở, tăng dòng điện, phù hợp cho mô-men xoắn cao ở tốc độ thấp).
Sự khác biệt giữa kết nối nối tiếp và song song:
- Kết nối nối tiếp: Tăng điện trở, giảm dòng điện, phù hợp cho tốc độ cao. Ưu điểm là giảm tiêu thụ năng lượng và giảm nhiệt độ hoạt động. Nhược điểm là mô-men xoắn thấp hơn ở tốc độ thấp.
- Kết nối song song: Giảm điện trở, tăng dòng điện, phù hợp cho mô-men xoắn cao ở tốc độ thấp. Ưu điểm là cung cấp mô-men xoắn cao hơn. Nhược điểm là tiêu thụ năng lượng cao hơn và nhiệt độ hoạt động cao hơn.
2.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ bước 2 pha
Động cơ bước 2 pha hoạt động với nguyên lý tương tự động cơ bước thông thường. Khi dòng điện chạy trong cuộn dây stato, từ trường trong đó sẽ làm cho rô-to quay về một vị trí nhất định. Thay đổi thứ tự cấp điện vào các cuộn dây sẽ tạo ra một từ trường quay, làm rô-to quay về một góc nhất định. Số bước và tốc độ quay tỉ lệ với số lượng và tần số cấp xung. Do đó, có thể điều khiển vòng quay của động cơ bước 2 pha bằng cách điều khiển số lượng, tần số và trình tự cấp điện trên từng cuộn dây pha động cơ.
3. Các loại động cơ bước 2 pha phổ biến hiện nay
3.1. Động cơ bước size 42
3.1.1. Đặc điểm động cơ bước size 42
Động cơ bước size 42 (hay động cơ bước nema 17) được gọi theo kích thước mặt bích của động cơ 42mm x 42mm. Ngoài ra, tên “động cơ bước nema 17” xuất phát từ tiêu chuẩn quốc tế cho động cơ bước (NEMA), có kích thước mặt bích khoảng 1.7 inches (xấp xỉ 43.18mm).
Ngoài ra, động cơ bước size 42 thường còn có những thông số khác như:
- Số pha: 2 pha, 3 pha, 5 pha
- Góc bước: thường là 1.8°, 0.9°
- Điện áp định mức: 12-24V
- Dòng điện định mức: 0.2-2.0A mỗi pha.
- Mô men xoắn: 0.3Nm – 0.6Nm
3.1.2. Ưu nhược điểm của động cơ bước size 42
- Ưu điểm: Nhỏ gọn, phù hợp với không gian hạn chế; Giá thành tương đối thấp.
- Nhược điểm: Không phù hợp với các ứng dụng tải nặng hoặc tốc độ cao.
Hiệu suất hoạt động:
- Độ chính xác bước: Động cơ bước size 42 thường có độ chính xác cao với góc bước 1.8° hoặc 0.9°, giúp kiểm soát vị trí chính xác.
- Khả năng gia tốc và giảm tốc: Động cơ bước size 42 có khả năng gia tốc và giảm tốc tốt, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu chuyển động mượt mà và chính xác.
3.1.3. Ứng dụng của động cơ bước size 42
Động cơ bước size 42 được sử dụng để tạo ra chuyển động cho các máy móc công suất nhỏ như: Máy in, máy cắt, khắc 3D – chuyển động đầu in và bàn in; Robot cỡ nhỏ - Chuyển động trục quay hoặc tay gắp, …
Hình 2. Động cơ bước size 42 thương hiệu Misumi Việt Nam
3.2. Động cơ bước size 57
3.2.1. Đặc điểm, thông số kỹ thuật động cơ bước size 57
Động cơ bước size 57 cũng được gọi theo kích thước mặt bích 57 mm x 57 mm. Tên gọi khác là động cơ bước Nema 23, lớn hơn một cấp so với động cơ bước nema 17.
So với động cơ bước size 42 (hay động cơ bước nema 17), động cơ bước size 57 thường có các thông số kỹ thuật lớn hơn, cụ thể:
- Số pha: 2 pha, 3 pha, 5 pha
- Góc bước: thường là 1.8°, 1.2°, 0.9°
- Điện áp định mức: 12 – 24V
- Dòng điện định mức: 0.4 – 4.2A mỗi pha.
- Mô men xoắn: 0.6Nm – 3Nm
3.2.2. Ưu nhược điểm của động cơ bước size 57
So với động cơ bước nema 17, động cơ nema 23 (hay động cơ bước size 57) có thể cung cấp mô men xoắn lớn và tốc độ cao. Tuy nhiên, kích thước lớn và chi phí cao hơn cũng là một vấn đề khi lựa chọn các động cơ bước size 57, hoặc các động cơ công suất cao nói chung.
Hiệu suất hoạt động:
Độ chính xác bước: Động cơ bước size 57 cũng có độ chính xác cao với góc bước 1.8°, 1.2°, hoặc 0.9°, giúp kiểm soát vị trí chính xác.
Khả năng gia tốc và giảm tốc: Động cơ bước size 57 có khả năng gia tốc và giảm tốc tốt, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu mô-men xoắn lớn và tốc độ cao.
3.2.3. Ứng dụng của động cơ bước size 57
Các lĩnh vực ứng dụng của động cơ bước size 57 cũng tương tự như với động cơ bước size 42. Tuy nhiên, khả năng tạo mô men xoắn lớn chúng phù hợp hơn với các máy móc đòi hỏi công suất cao hơn, hoặc các ứng dụng trong công nghiệp như máy gia công cắt gọt CNC, robot công nghiệp, …
Hình 3. Động cơ bước size 57 thương hiệu Misumi Việt Nam
3.3. Động cơ bước 12v và động cơ bước 5v
3.3.1. Đặc điểm động cơ bước 12v và động cơ bước 5v
Động cơ bước 12v hay động cơ bước 5v được phân biệt dựa trên điện áp hoạt động định mức, cụ thể tương ứng với 12VDC và 5VDC. Bảng dưới đây cho thấy các thông số kỹ thuật thông dụng của động cơ bước 12v và động cơ bước 5v.
Thông số |
Động cơ bước 12v |
Động cơ bước 5v |
Dòng điện định mức |
0.3-2A |
Nhỏ hơn 1A |
Mô men xoắn |
0.1 Nm – 2 Nm |
0.01 Nm – 0.3 Nm |
Góc bước |
1.8° – 0.9° |
1.8° hoặc lớn hơn |
Kích thước |
Size 57 hoặc nhỏ hơn |
Size 28 hoặc nhỏ hơn |
3.3.2. Ưu nhược điểm và ứng dụng của động cơ bước 12v và động cơ bước 5v
Nhìn chung, các động cơ bước 2 pha có điện áp hoạt động lớn hơn có khả năng cung cấp mô men xoắn cao hơn, nhưng chúng có cấu trúc cồng kềnh hơn và có giá thành cao hơn. Bảng dưới đây so sánh đặc điểm của hai loại động cơ bước 2 pha 12v và 5v cũng như những ứng dụng điển hình của chúng.
Tiêu chí |
Động cơ bước 12v |
Động cơ bước 5v |
Ưu điểm |
- Mô men xoắn lớn hơn
- Điều khiển chính xác hơn
- Ổn định và bền bỉ hơn
|
- Nhỏ gọn, tiết kiệm
- Linh hoạt trong việc cấp nguồn, có thể sử dụng adapter công suất nhỏ hoặc trực tiếp từ vi điều khiển, USB, …
|
Nhược điểm |
- Chi phí cao hơn, thường yêu cầu nguồn điện ngoài
- Kích thước lớn hơn, kém linh hoạt trong lắp ráp
|
- Mô men xoắn và tốc độ thường thấp hơn
- Tính ổn định và bền bỉ kém hơn
|
Ứng dụng |
- Cơ cấu chuyển động trong máy CNC, máy in 3D
- Các cơ cấu trong máy tự động, robot, xe tự hành, …
|
- Các máy móc nhỏ: Máy in, máy ảnh, …
- Hệ thống tự động hóa nhỏ (DIY) hoặc dự án học tập dùng vi điều khiển
|
Khả năng ứng dụng trong các dự án DIY hoặc giáo dục:
Động cơ bước 12v: Thường được sử dụng trong các dự án DIY yêu cầu mô men xoắn cao và độ chính xác, như máy in 3D, máy CNC nhỏ, và các robot tự động hóa. Động cơ này cũng phù hợp cho các dự án giáo dục nâng cao, nơi học sinh có thể học về điều khiển động cơ và lập trình.
Động cơ bước 5v: Phù hợp cho các dự án DIY và giáo dục cơ bản, như các mô hình robot nhỏ, hệ thống tự động hóa đơn giản, và các dự án sử dụng vi điều khiển. Động cơ này dễ dàng cấp nguồn từ các nguồn điện nhỏ như USB hoặc pin, giúp tiết kiệm chi phí và dễ dàng lắp ráp.
3.4 Động cơ bước 28byj 48
Động cơ bước 28byj 48 là một động cơ bước 2 pha cỡ nhỏ rất phổ biến, sử dụng điện áp định mức 5vdc. Cấu tạo động cơ bước 28byj 48 chỉ bao gồm rô-to là nam châm vĩnh cửu có các cực từ xen kẽ và các cuộn dây ở stato để tạo ra từ trường. Bộ điều khiển của động cơ bước 28byj 48 cũng được đơn giản hóa nhằm tối ưu không gian tổng thể. Hơn nữa, việc sử dụng điện áp 5vdc giúp động cơ bước 28byj 48 trở thành lựa chọn phù hợp trong các máy móc ưu tiên độ nhỏ gọn như máy in, máy ảnh, cơ cấu điều chỉnh trong các phương tiện, các thiết bị quang điện, …
Hình 4. Động cơ bước 28byj 48 và bộ điều khiển
4. Hướng dẫn lựa chọn động cơ bước 2 pha
Để chọn lựa động cơ bước 2 pha phù hợp, một số yếu tố cơ bản cần xem xét:
- Mô-men xoắn: Khả năng cung cấp đủ khả năng tải cho cơ cấu.
- Góc bước: Ảnh hưởng độ chính xác của động cơ.
- Kích thước: Khả năng lắp ráp động cơ vào hệ thống.
- Điện áp và dòng điện: Tính phù hợp với hệ thống điều khiển.
- Các yếu tố khác: Môi trường hoạt động, chi phí, độ rung, ồn, …
5. Những lưu ý khi sử dụng động cơ bước 2 pha
Để động cơ bước 2 pha hoạt động một cách hiệu quả, cần lưu ý:
- Lựa chọn và lắp đặt động cơ đúng cách: Chọn động cơ bước 2 pha có thông số phù hợp; Căn chỉnh để tránh mòn trục không đều, có thể sử dụng ổ bi hoặc khớp nối trục.
- Điều khiển động cơ bước 2 pha hợp lý: Chọn driver động cơ bước phù hợp, tránh làm việc với tải nặng liên tục trong thời gian dài.
- Bảo trì, bảo dưỡng: Kiểm tra, vệ sinh định kỳ, tuân thủ các nguyên tắc an toàn.
6. Driver động cơ bước
6.1. Khái niệm Driver động cơ bước
Driver động cơ bước là một mạch điện giúp nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển logic, chuyển đổi thành các xung điện có công suất phù hợp trên các cuộn dây stato, từ đó điều khiển chuyển động quay của động cơ bước.
Ngoài ra, driver động cơ bước còn có thể bảo vệ động cơ khỏi quá tải, quá nhiệt hoặc các sự cố khác. Một số driver động cơ bước còn có chức năng vi bước, giúp tăng độ chính xác và giảm rung động khi vận hành.
6.2. Phân loại Driver động cơ bước
Có một số phương pháp phân loại driver động cơ bước:
- Phân loại driver động cơ bước theo phương pháp điều khiển:
o Driver đơn cực
o Driver lưỡng cực
- Phân loại driver động cơ bước theo chế độ điều khiển
o Điều khiển bước thông thường
o Điều khiển nửa bước
o Điều khiển vi bước
6.3. Cách lựa chọn Driver động cơ bước
Một số yếu tố lựa chọn driver động cơ bước phù hợp:
- Thông số của động cơ bước: số dây, công suất, điện áp và dòng điện định mức, …
- Chế độ điều khiển: tính chính xác trong ứng dụng cụ thể.
- Tính năng bổ sung: chế độ bảo vệ, tính năng thông minh.
- Các yếu tố khác: chi phí, hình dạng, …
7. Tại sao nên mua động cơ bước 2 pha tại MISUMI Việt Nam?
- Mẫu mã, thông số kỹ thuật đa dạng, thư viện 3D đầy đủ giúp giảm thời gian thiết kế.
- Các thông số động cơ bước 2 pha, các tài liệu kỹ thuật về cấu tạo động cơ bước, điều khiển và chỉ dẫn an toàn luôn có sẵn trên trang chủ.
- Chất lượng đảm bảo, chi phí cạnh tranh với dòng sản phẩm Economy.
- Thời gian giao hàng nhanh chóng.
- Đội ngũ tư vấn kỹ thuật có chuyên môn cao.
- Chính sách bảo hành rõ ràng, dịch vụ chăm sóc khách hàng luôn có sẵn.
Bạn đã tìm hiểu về động cơ bước 2 pha và một số loại động cơ phổ biến hiện nay. Hy vọng rằng thông tin này sẽ giúp bạn lựa chọn được sản phẩm phù hợp với nhu cầu của mình. Để khám phá thêm các sản phẩm động cơ bước chất lượng tiêu chuẩn Nhật Bản với giá cả hợp lý, giúp tối ưu chi phí cho doanh nghiệp, vui lòng truy cập trang sản phẩm của Misumi hoặc liên hệ trực tiếp để được tư vấn chi tiết.