Trong thế giới đa dạng của động cơ bước, động cơ bước lai (Hybrid) nổi lên như một sự kết hợp hoàn hảo, kế thừa những ưu điểm vượt trội từ 2 loại động cơ bước nam châm vĩnh cửu và biến trở. Chính vì vậy, động cơ bước Hybrid được ứng dụng trong nhiều loại máy: máy CNC, máy in 3D, robot công nghiệp,…
Hãy cùng VNTECH khám phá sâu hơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và những ứng dụng của loại động cơ bước lai này trong bài viết dưới đây!
Nội dung bài viết
Động cơ bước lai (Hybrid) là gì?
Động cơ bước lai (Hybrid) là một loại động cơ bước kết hợp các đặc điểm của cả động cơ bước nam châm vĩnh cửu (PM) và động cơ bước biến trở (VR) để đạt được hiệu suất tối ưu.
Đặc điểm nổi bật:
– Rotor kết hợp nam châm vĩnh cửu với các răng cưa: Nam châm vĩnh cửu được bố trí dọc theo trục rotor tạo ra từ trường xuyên tâm.
+ Các răng cưa được bố trí xen kẽ trên bề mặt rotor, tương tác với từ trường của stato.
– Mô-men xoắn cao: Nhờ cấu tạo rotor đặc biệt, động cơ bước lai tạo ra mô-men xoắn cao hơn so với động cơ bước nam châm vĩnh cửu, đặc biệt là ở tốc độ thấp.
– Góc bước nhỏ: Động cơ bước lai có thể đạt được góc bước rất nhỏ (0.9 độ hoặc 1.8 độ) cho phép điều khiển chuyển động với độ chính xác cao.
– Độ phân giải cao: Góc bước nhỏ giúp động cơ bước lai có độ phân giải cao, cho phép định vị chính xác hơn.
– Hiệu suất tốt: Động cơ bước lai kết hợp ưu điểm của cả hai loại động cơ PM và VR, mang lại hiệu suất tốt hơn về mô-men xoắn, tốc độ và độ chính xác.
Nếu các xung được thực hiện theo một trình tự được chỉ định, động cơ sẽ quay liên tục; tốc độ có thể được kiểm soát bằng tốc độ mà các xung được gửi đi. Các góc bước tự nhiên này cho phép động cơ bước được định vị chính xác mà không tích tụ lỗi.
Ưu điểm của động cơ bước Hybrid
Động cơ bước lai (Hybrid) được ưa chuộng nhờ sự kết hợp ưu điểm của cả động cơ bước nam châm vĩnh cửu và biến trở, mang lại hiệu suất vượt trội trong nhiều ứng dụng.
– Mô-men xoắn cao, đặc biệt là ở tốc độ thấp.
=> Điều này cho phép động cơ dễ dàng di chuyển tải trọng lớn và khởi động nhanh chóng mà không bị mất bước.
– Góc bước nhỏ (0.9 độ hoặc 1.8 độ).
=> Góc bước nhỏ giúp tăng độ chính xác và độ phân giải trong điều khiển chuyển động, cho phép định vị chính xác hơn và tạo ra chuyển động mượt mà hơn.
– Độ phân giải cao: Điều này rất quan trọng trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao như máy CNC, máy in 3D, robot công nghiệp.
– Hiệu suất tốt: Chúng có thể hoạt động ở tốc độ cao hơn so với động cơ bước PM mà vẫn duy trì mô-men xoắn tốt.
Cấu tạo của động cơ bước lai (Hybrid)
Động cơ bước lai (Hybrid) sở hữu cấu tạo kết hợp những đặc điểm nổi bật của cả động cơ bước nam châm vĩnh cửu và biến trở, tạo nên hiệu suất vượt trội.
1. Stato:
– Lõi stato: Thường làm bằng thép kỹ thuật điện, có các rãnh hoặc khe để chứa cuộn dây.
– Cuộn dây stato: Được quấn quanh lõi stato, tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy qua.
2. Rotor: Đây là điểm khác biệt quan trọng nhất của động cơ bước lai so với các loại động cơ bước khác. Rotor của động cơ bước lai có cấu tạo phức tạp hơn, bao gồm:
– Nam châm vĩnh cửu: Được bố trí dọc theo trục rotor, tạo ra từ trường xuyên tâm.
– Răng cưa: Các răng cưa được làm bằng vật liệu từ tính mềm, được bố trí xen kẽ trên bề mặt rotor.
Ví dụ:
Một động cơ bước lai phổ biến có 50 răng cưa trên mỗi cực của rotor. Stato có 8 cực từ, được tạo ra bởi 2 pha cuộn dây.
– Kết hợp này tạo ra 200 bước trên mỗi vòng quay (50 răng x 2 cực rotor x 2 pha stato = 200 bước).
– Góc bước của động cơ là 1.8 độ (360 độ / 200 bước = 1.8 độ/bước).
Cấu tạo đặc biệt của rotor với sự kết hợp giữa nam châm vĩnh cửu và răng cưa là yếu tố quan trọng tạo nên ưu điểm vượt trội của động cơ bước lai. Sự kết hợp này giúp động cơ đạt được mô-men xoắn cao, góc bước nhỏ, độ phân giải cao và hiệu suất tốt, đáp ứng nhu cầu của nhiều ứng dụng đòi hỏi độ chính xác và tin cậy.
Động cơ bước hoạt động như thế nào?
Khi nguồn điện được kết nối với các dây dẫn, một xung dòng điện được đưa vào các cuộn dây động cơ và bật một pha, khiến rôto quay cho đến khi từ trở giảm thiểu và rôto ổn định ở vị trí từ tính ổn định.
– Đối với động cơ lưỡng cực, xung dòng điện này lấp đầy các cuộn dây pha đầu tiên bằng điện tích và tạo ra từ trường cho mỗi cuộn dây pha đầu tiên trong số 4 cuộn dây.
Cả bốn cuộn dây đều thu hút các răng rôto tích điện trái dấu trong khi đẩy các răng rôto tích điện tương tự ở đầu đối diện của rôto.
– Các răng rôto ở đầu bắc và nam của rôto hơi lệch nhau, do đó một răng stato tích điện có thể kéo một răng rôto tích điện trái dấu ở một đầu của rôto trong khi đẩy hai răng rôto tích điện tương tự ở đầu kia của rôto cho đến khi động cơ ổn định ở vị trí chốt. Điều này tạo ra hiệu ứng đẩy và kéo làm tăng mô-men xoắn của động cơ.
Mô-men xoắn cần thiết để di chuyển rôto từ vị trí ổn định này được gọi là mô-men xoắn giữ.
– Bật một pha sẽ giữ rô-to ở một vị trí, được gọi là vị trí chốt.
Sau đó, điện tích được tắt ở bộ cuộn dây đầu tiên và bật ở bộ cuộn dây tiếp theo, từ hóa bộ răng stato tiếp theo.
Sau đó, rô-to quay cho đến khi răng rô-to tiếp theo thẳng hàng với một trong các răng stato được từ hóa. Bây giờ, rôto được di chuyển một góc bước đến vị trí chốt tiếp theo. Dòng điện “bật và tắt” này khiến rô-to quay một góc bước chính xác và chuyển động này được lặp lại với mỗi xung đầu vào.
– Bước một nửa xảy ra khi xung đầu tiên từ hóa pha đầu tiên, sau đó xung tiếp theo từ hóa pha đầu tiên và pha thứ hai, sau đó xung tiếp theo chỉ từ hóa pha thứ hai, v.v. Điều này cho phép rô-to di chuyển theo các bước nhỏ hơn tại một thời điểm, cho phép chuyển động mượt mà hơn và liên tục hơn với ít cộng hưởng hơn và chỉ ít mô-men xoắn hơn một chút.
Các cuộn dây khác nhau của động cơ bước Hybrid
Cuộn dây đơn cực
Cuộn dây Unipolar có 2 cuộn dây cho mỗi pha và có thể đảo ngược từ tính của cuộn dây stato mà không đảo ngược hướng dòng điện. Nó có một vòi trung tâm cho mỗi pha, có thể được sử dụng để thay đổi hệ thống dây điện để cung cấp dòng điện cho nửa đối diện của mỗi cuộn dây.
=> Điều này làm cho động cơ chạy theo hướng ngược lại mà không thay đổi hướng dòng điện.
Nó có 6 hoặc 8 dây dẫn, tạo ra ít mô-men xoắn hơn động cơ lưỡng cực vì nó chỉ có thể sử dụng một nửa cuộn dây tại một thời điểm và có hệ thống truyền động đơn giản hơn/rẻ hơn vì dòng điện không cần phải thay đổi hướng.
Cuộn dây lưỡng cực
Cuộn dây lưỡng cực có một cuộn dây duy nhất cho mỗi pha, do đó dòng điện cần được đảo ngược để đảo ngược cực từ của cuộn dây.
=> Tạo ra nhiều mô-men xoắn hơn và có hệ thống truyền động phức tạp/đắt tiền hơn.
Cuộn dây song song lưỡng cực
Cuộn dây song song lưỡng cực có 2 cuộn dây cho mỗi pha được đấu dây song song với nhau. Các cuộn dây song song cho phép mô-men xoắn đầu ra cao hơn ở tốc độ cao hơn. Cuộn dây này lý tưởng cho các ứng dụng tốc độ cao đòi hỏi nhiều mô-men xoắn.
Cuộn dây nôi tiếp lưỡng cực
Cuộn dây nối tiếp lưỡng cực có 2 cuộn dây cho mỗi pha được đấu dây nối tiếp với nhau. Các cuộn dây nối tiếp cho phép mô-men xoắn đầu ra cao hơn ở tốc độ thấp hơn vì số vòng, tỷ lệ thuận với mô-men xoắn, được nhân đôi hiệu quả.
Cuộn dây nối tiếp có giá trị độ tự cảm gấp 4 lần so với một cuộn dây đơn hoặc song song, gấp đôi dòng điện của cuộn dây song song để phù hợp với số vòng ampe của nó.
Sóng dòng điện của động cơ bước lai (Hybrid)
Hầu hết các động cơ bước đều bước 1,8° cho mỗi bước đầy đủ. (Động cơ bước Lin cũng có sẵn ở góc bước 0,9° và 0,45°). Nếu động cơ được điều khiển ở chế độ bước đầy đủ (ví dụ sử dụng 1,8°), dạng sóng dòng điện của một trong các pha sẽ trông như sau:
Dòng điện 100% đề cập đến dòng điện pha hoặc dòng điện định mức (Amps/Pha) của động cơ. (Bước vi mô là một tính năng của trình điều khiển, chia dòng điện thành các bước nhỏ hơn)
Động cơ bước lai (Hybrid) thực sự là một giải pháp toàn diện, kết hợp những tinh hoa của cả 2 loại động cơ bước nam châm vĩnh cửu và biến trở. Với mô-men xoắn cao, góc bước nhỏ, độ phân giải ấn tượng và hiệu suất vận hành vượt trội, động cơ bước lai đã khẳng định vị thế quan trọng trong lĩnh vực điều khiển chuyển động chính xác.
THÔNG TIN LIÊN HỆ
- Địa chỉ văn phòng:
- Địa chỉ Hà Nội: Số 39 ngõ 285 đường Phúc Lợi, Phúc Lợi, Long Biên, Hà Nội
- Chi Nhánh Đà Nẵng: Lô 11, Khu A4, Nguyễn Sinh Sắc, Hoà Minh, Liên Chiểu, Đà Nẵng
- Chi Nhánh HCM: 43 Đường N2, KP Thống Nhất, Dĩ An, Bình Dương
- SĐT: 0984.537.333
- Email: sale@vntechcnc.vn
- Facebook: https://www.facebook.com/vntechcnc
- Website: https://thietbivntech.vn
