Động cơ bước còn được gọi là động cơ xung hoặc động cơ bước. Nó tiến một góc nhất định mỗi khi trạng thái kích thích được thay đổi theo tín hiệu xung đầu vào, và vẫn ở một vị trí cố định khi trạng thái kích thích không thay đổi. Như vậy, động cơ bước có thể chuyển đổi tín hiệu xung đầu vào thành độ dịch chuyển góc tương ứng cho đầu ra. Bằng cách kiểm soát số lượng xung đầu vào, dịch chuyển góc của đầu ra có thể được xác định chính xác để đạt được chức năng định vị; và bằng cách điều khiển tần số của các xung đầu vào, vận tốc góc của đầu ra có thể được điều khiển chính xác để đạt được mục đích điều chỉnh tốc độ. Do đó, động cơ bước có thể được xem xét khi cần định vị chính xác hoặc điều khiển tốc độ.
1.1 Phân loại động cơ bước
Có ba loại động cơ bước: phản ứng (loại VR), nam châm vĩnh cửu (loại PM) và lai (loại HB).
Bước nam châm vĩnh cửu thường là hai pha, mô-men xoắn và khối lượng nhỏ, và góc bước thường là 7,5 độ hoặc 15 độ, chủ yếu được sử dụng trong các sản phẩm tiêu dùng giá rẻ.
Bước phản ứng thường là ba pha, có thể đạt được công suất mô-men xoắn lớn. Góc bước nói chung là 1,5 độ, nhưng tiếng ồn và độ rung rất lớn. Nó đã bị loại bỏ ở các nước phát triển như Châu Âu và Hoa Kỳ vào những năm 1980.
Bước lai đề cập đến việc kết hợp các ưu điểm của nam châm vĩnh cửu và phản ứng. Nó được chia thành hai pha, ba pha và năm pha. Góc bước hai pha nói chung là 1,8 độ và góc bước ba pha là 0. 9 độ. Góc của bước năm pha nói chung là 0. 72 độ. Động cơ bước lai kết hợp những ưu điểm của hai loại động cơ bước đầu tiên. Hiện tại, động cơ bước được sử dụng trong ngành sản xuất thiết bị trong nước về cơ bản là động cơ bước lai.
Do đó, các động cơ bước được mô tả dưới đây đều được gọi là "động cơ bước lai".
1.2 Cấu tạo của động cơ bước
Động cơ bước bao gồm rôto (lõi rôto, nam châm vĩnh cửu, trục quay, ổ bi), stato (dây quấn, lõi stato), vỏ trước và sau, v.v ... Động cơ bước lai hai pha điển hình nhất có 8 răng lớn , 40 răng nhỏ trong stato, và 50 răng nhỏ trong rôto; Stato của động cơ ba pha có 9 răng lớn, 45 răng nhỏ, và rôto có 50 răng nhỏ. răng.
Hình 1 Sơ đồ cấu tạo động cơ bước
1.3 Nguyên tắc điều khiển động cơ bước
Động cơ bước không thể kết nối trực tiếp với nguồn điện để hoạt động, cũng như không thể trực tiếp nhận tín hiệu xung điện. Nó phải tương tác với nguồn điện và bộ điều khiển thông qua một giao diện đặc biệt - trình điều khiển động cơ bước. Trình điều khiển động cơ bước (xem Hình 2) thường bao gồm bộ phân phối vòng và mạch khuếch đại công suất. Bộ phân phối vòng nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển. Mỗi lần nhận được tín hiệu xung, đầu ra của bộ phân phối vòng sẽ được chuyển đổi một lần, do đó, sự có mặt hay vắng mặt của tín hiệu xung và tần số có thể xác định tốc độ của động cơ bước, tăng hoặc giảm tốc, khởi động hoặc dừng. Bộ phân phối vòng cũng phải theo dõi tín hiệu hướng của bộ điều khiển để xác định xem quá trình chuyển đổi trạng thái đầu ra của nó là thứ tự thuận hay thứ tự ngược, từ đó xác định hướng của động cơ bước.
Hình 2 Sơ đồ điều khiển động cơ bước
2 Các thông số chính của động cơ bước
2.1 Số khung chủ yếu bao gồm 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86, v.v.
2.2 Số giai đoạn Số lượng cuộn dây bên trong động cơ bước. Số pha của động cơ bước thường bao gồm hai pha, ba pha và năm pha. Động cơ bước được sử dụng ở Trung Quốc chủ yếu là hai pha và ba pha cũng được sử dụng trong một số ứng dụng. Ở Nhật Bản, động cơ bước 5 pha được sử dụng nhiều hơn.
2.3 Góc bước Tương ứng với đầu vào của tín hiệu xung, dịch chuyển góc của rôto của động cơ. Công thức tính góc bước của động cơ bước như sau:
Trong công thức: - góc bước của động cơ bước; m - số pha của động cơ bước; - số răng của rôto của động cơ bước.
Theo công thức tính toán trên, góc bước của động cơ bước hai pha, ba pha và năm pha lần lượt là 1,8 0, 1,20 và 0,72 độ.
2.4 Mômen giữ (mômen tĩnh) là mômen tại đó stato khóa rôto khi cuộn dây stato của động cơ được cung cấp dòng điện danh định, nhưng rôto không quay. Mô-men xoắn giữ là thông số quan trọng nhất của động cơ bước, và nó là cơ sở chính để lựa chọn động cơ.
2.5 Mômen phát hiện Nó đề cập đến mômen quay cần thiết để quay rôto bằng ngoại lực khi động cơ không có dòng điện. Mô-men xoắn này là một trong những chỉ số hoạt động của động cơ. Với các thông số khác giống nhau, mômen cản càng nhỏ thì “hiệu ứng ăn khớp” càng nhỏ, điều này có lợi hơn cho sự ổn định của động cơ ở tốc độ thấp.
2.6 Đặc tính tần số mômen Chủ yếu dùng để chỉ đặc tính tần số mômen kéo ra, mômen lớn nhất mà động cơ có thể chịu được mà không bị mất bước khi động cơ chạy ổn định ở một tốc độ nhất định. Đường cong mô-men xoắn-tần số được sử dụng để mô tả mối quan hệ giữa mô-men xoắn cực đại và tốc độ (tần số) mà không bị mất bước. Đường cong tần số mô-men xoắn là một tham số quan trọng của động cơ bước và nó là một trong những cơ sở chính để lựa chọn động cơ. Đường đặc tính tần số mô-men (xem Hình 3).
Hình 3 Đường cong tần số mô-men xoắn của động cơ bước
2.7 Dòng định mức Giá trị rms của dòng điện cuộn dây động cơ cần thiết để duy trì mômen định mức.
Hình 4 Bảng thông số động cơ bước (trích từ danh mục chung về các sản phẩm bước thông minh Leisai 2021-2022)
3 bước lựa chọn động cơ bước
Tốc độ của động cơ bước được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp cao đến 600 ~ 1500, và tốc độ càng cao thì có thể xem xét truyền động động cơ bước vòng kín hoặc sơ đồ truyền động servo phù hợp hơn. Các bước lựa chọn động cơ bước (xem Hình 5).
Hình 5 Các bước lựa chọn động cơ
3.1 Lựa chọn góc bước
Như đã đề cập trong 1.1, theo số pha động cơ, có ba góc bước: 1,8 0 (hai pha), 1,20 (ba pha) và 0,72 độ (năm pha). Tất nhiên, độ chính xác góc của bước 5 pha là cao nhất, nhưng động cơ và bộ điều khiển của nó đắt tiền nên hiếm khi được sử dụng ở Trung Quốc. Ngoài ra, các trình điều khiển bước chính hiện nay đều sử dụng công nghệ truyền động chia nhỏ. Dưới 8 bước chia nhỏ, độ chính xác góc của bước chia nhỏ vẫn có thể được đảm bảo, vì vậy nếu chỉ xét riêng chỉ số chính xác góc bước, thì bước 5 pha Động cơ có thể được thay thế bằng động cơ bước hai pha hoặc ba pha.
Ví dụ: trong ứng dụng vít tải có dây dẫn là 5mm, nếu sử dụng động cơ bước hai pha và trình điều khiển được đặt thành 8 phần nhỏ, số xung trên mỗi vòng quay của động cơ là 200 × 8=1600 và tương đương xung là 5 ÷ 1 600=0 .00313 mm =3 .13, độ chính xác này có thể đáp ứng hầu hết các yêu cầu ứng dụng.
3.2 Lựa chọn mômen tĩnh (mômen giữ)
Các cơ cấu truyền tải thường dùng bao gồm dây curoa đồng bộ, thanh vít, giá đỡ và bánh răng,… Đầu tiên, tính tải máy (chủ yếu là mômen gia tốc cộng với mômen ma sát) và chuyển nó thành mômen tải cần thiết trên trục động cơ. Sau đó, theo tốc độ chạy tối đa mà động cơ yêu cầu, động cơ bước có mômen giữ phù hợp được chọn cho hai trường hợp sử dụng khác nhau sau:
(1) Đối với việc áp dụng tốc độ động cơ yêu cầu dưới 3 0 0: nếu tải máy được chuyển thành mômen tải yêu cầu trên trục động cơ, thì mômen tải được nhân với hệ số an toàn SF (nói chung là 1,5 ~ 2.0), nghĩa là, Mômen giữ yêu cầu của động cơ bước.
(2) Đối với các ứng dụng mà tốc độ động cơ yêu cầu lớn hơn 300: đặt tốc độ tối đa, nếu tải máy được chuyển thành mômen tải yêu cầu trên trục động cơ, thì mômen tải được nhân với hệ số an toàn SF (nói chung là 2,5 ~ 3.5) để có được mô-men xoắn giữ. Tham khảo Hình 6, một mô hình phù hợp được chọn ban đầu. Sau đó kiểm tra và so sánh trên đường cong tần số mô-men xoắn: Trên đường cong tần số mô-men xoắn, sử dụng tốc độ tối đa yêu cầu để thấy rằng mô-men xoắn ngoài bước lớn nhất tương ứng với tốc độ tối đa là 20 phần trăm trở lên. Nếu không, cần chọn lại động cơ có mômen giữ lớn hơn, đồng thời kiểm tra lại và so sánh theo đường cong tần số mômen của động cơ mới chọn.
3.3 Lựa chọn kích thước khung của động cơ
Khung động cơ càng lớn thì mômen giữ của nó càng lớn. Kích thước khung phổ biến và phạm vi mô-men xoắn giữ của động cơ bước (xem Hình 6).
Hình 6 Kích thước khung phổ biến của động cơ bước và mômen giữ của chúng
Theo mômen giữ được tính ở bước (2), chọn kích thước khung thích hợp và các thông số kỹ thuật cụ thể của động cơ tương ứng từ Hình 4.
3.4 Chọn trình điều khiển bước phù hợp theo dòng định mức
Ví dụ: nếu dòng định mức của động cơ 57CM23 là 5A, dòng điện tối đa cho phép của trình điều khiển bạn chọn cần phải lớn hơn 5A (xin lưu ý rằng đó là giá trị RMS thay vì giá trị đỉnh), ngược lại nếu bạn chọn trình điều khiển với dòng điện tối đa chỉ 3A, sau đó Mô-men xoắn đầu ra tối đa của động cơ chỉ có thể là khoảng 60 phần trăm!
