ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU (DC MOTOR) HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO?

Bạn có thể tìm thấy động cơ một chiều trong các thiết bị gia dụng cầm tay,xe hơi và thiết bị trong công nghiệp. Trong bài viết này chúng tôi sẽ giúp các bạn tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều DC motor.

Dưới đây sẽ là bài viết mô tả video trên.

---

Nguyên Lý Hoạt Động

Chúng ta sẽ bắt đầu với động cơ 1 chiều đơn giản. hãy nhình vào hình 1. Stator là nam châm vĩnh cữu tạo ra 1 từ trường không đổi. Phần ứng, hay là phần quay, nó là một cuộn dây đơn giản.

Hình.1 Một động cơ DC đơn giản, chạy bằng nam châm vĩnh cữu

Phần ứng được kết nối với một nguồn điện một chiều thông qua vành trượt. Khi có dòng điện chạy trong cuộn dây thì một lực điện từ được tạo ra theo định luật Lorentz. Do đó cuộn dây bắt đầu quay . Lực điện từ gây ra do dòng điện được đặt trong từ trường được đánh đấu màu đỏ như hình 2. 

Fig.2 Lực điện từ sinh ra trên cuộn dây làm cho cuộn dây quay. 

Bạn sẽ nhận thấy rằng khi cuộn dây quay, Vành trượt được kết nối với nguồn bắt đầu đổi cực tính. Kết quả là ở bên trái luôn là cực dương và ở bên phải luôn là cực âm. điều này đảm bảo rằng momen quay luôn cùng một hướng trong suốt quá trình chuyển động. Vì vậy cuộn dây sẽ luôn quay

Hình.3 Vành trượt giúp cho chiều cuộn dây luôn chạy theo một hướng từ trái qua phải.do đó lực điện từ luôn có 1 hướng duy nhất

Cải thiện chuyển động của moment quay

Nhưng khi bạn quan sát kỹ lực điện từ tạo ra momen quay bạn sẽ thấy rằng khi cuộn dây vuông góc với từ trường được tạo ra bởi nam châm vĩnh cữu thì moment quay gần như bằng 0.

Hình.4 Khi cuộn dây vuông góc với từ thông thì moment quay gần như bằng 0

Kết quả là động cơ chuyển động không đều.và cách khắc phục trường hợp này sẽ là thêm một cuộn dây nữa vào rotor. trong trường hợp này, khi cuộn dây thứ nhất vuông góc với từ trường thì cuộn dây tứ 2 sẽ được cấp điện do đó động cơ luôn hoạt động trong mọi trường hợp. 

Hình.5 Cuộn dây thứ 2 được cấp điện khi cuộn dây thứ nhất vuông góc với từ trường.

Hơn nữa khi có nhiều cuộn dây hơn, động cơ sẽ chuyển động mượt hơn. trong một động cơ thực tế. các cuộn dây được đặt trong rãnh của lõi thép có độ từ thẩm cao, điều này làm tăng sự tương tác từ. Chổi than và vành trượt đảm bảo cho phần ứng luôn được kết nối với nguồn cấp.

Hình.6 càng nhiều cuộn dây động cơ hoạt động mượt hơn. cuộn dây được đặt trong lõi thép làm tăng tương tác từ.

Sử dụng nam châm điện

Rotor nam châm vĩnh cữu thường được sử dụng trong các động cơ một chiều bé. còn lại các động cơ lớn thường sử dụng nam châm điện. Cuộn dây của nam châm điện cũng được cấp bởi một nguồn điện 1 chiều. 

Hình.7 Nam châm điện được sử dụng cho động cơ một chiều

Động cơ kích từ song song và kích từ nối tiếp

nam châm điện tạo ra bởi cuộn dây ở stator có thể được kết nối theo 2 cách khác nhau: nối tiếp hoặc song song. và chúng được kết nối với cùng một nguồn điện DC. do đó có 2 loại động cơ là động cơ kích từ nối tiếp và kích từ song song. ngoài ra khi stator và rotor được kết nối với 2 nguồn DC khác nhau thì nó được gọi là động cơ kích từ độc lập.

Hình.8 Cuộn dây stator được mắc nối tiếp với cuộn dây rotor

Động cơ kích từ nối tiếp có moment khởi động lớn nhưng tốc độ nó giảm đáng kể với tải.nó được thể hiện ở biểu đồ hình 8.

Động cơ kích từ song song có moment khởi động thấp, nhưng nó có thể chạy với tốc độ gần như không đổi,không bị ảnh hưởng bởi tải. vào đó là một ưu điểm của động cơ kích từ song song. Sự thay đổi giá trị tốc độ- moment được thể hiện ở biểu đồ hình 10.

Hình.9 Cuộn dây rotor được mắc song song với cuộn dây stator

Hình.10 Đặc tính biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ và moment của động cơ kích từ song song

Khái niệm về sức phản điện động (Back E.M.F)

không giống như các động cơ khác, động cơ một chiều có một đặc tính đặc biệt đó là nó tạo ra một sức điện động ngược với nguồn cấp gọi là sức phản điện động. Khi động cơ quay thì trong cuộn dây sẽ tạo ra một sức điện động theo nguyên lý cảm ứng điện từ.

Hình.11 Sức phải điện động làm giảm dòng điện chạy trong cuộn dây phần ứng.

Ngay cả khi đảo chiều quay thì sức phải điện động luôn tự sinh ra trong nội bộ cuộn dây phần ứng có hướng ngược với điện áp đầu vào và làm giảm dòng điện trong cuộn dây phần ứng. Sức phản điện động tỉ lệ với tốc độ của động cơ.Khi sức phải điện động thấp sẽ làm cho điện áp phần ứng tăng cao sẽ làm cháy rotor do đó cần thiết phải điều khiển điện áp cấp cho phần ứng động cơ một chiều lớn.

Một trong những biến thể của động cơ một chiều đó chính là động cơ vạn năng. Nó có thể hoạt động với cả hai nguồn điện một chiều và xoay chiều. Nguyên lý hoạt động của nó sẽ được đề cập ở bài viết khác.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ

Động cơ đồng bộ thường được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp yêu cầu độ chính xác cao. Video này sẽ giải thích và minh họa về cách hoạt động của chúng.

---

Như tên gọi của nó thì động cơ đồng bộ có khả năng chạy với một tốc độ không đổi mà không bị ảnh hưởng bởi tải của chúng. Không giống như các động cơ cảm ứng, ở đây tốc độ của động cơ phụ thuộc vào momen tác động lên chúng, động cơ không đồng bộ có đặc điểm là tốc độ - momen không đổi. 
Động cơ đồng bộ có hiệu suất ( tỉ số chuyển đổi điện năng sang cơ năng) cao hơn các loại động cơ tương ứng khác. Hiệu suất của nó dao động từ 90-92%.

hình.1 Động cơ đồng bộ là máy điện có hiệu suất và độ chính xác cao

Nguyên lý hoạt động: Tương tác giữa các từ trường không đổi và từ trường quay

Đặc tính tốc độ không đổi đạt được bằng sự tương tác giữa từ trường quay và từ trường không đổi. Rotor của động cơ đồng bộ tạo ra một từ trường không đổi và startor tạo ra một từ trường quay.

hình.2 Sự tương tác giữa từ trường quay và từ trường
không đổi làm cho chúng đạt được tốc độ đồng bộ

Stator: Từ trường quay

các cuộn dây của stator được cung cấp bởi nguồn điện 3 pha AC.  Điều này sẽ tạo ra một từ trường quay(RMF), quay với tốc độ đồng bộ. cách mà tạo ra từ trường quay với dòng điện 3 pha được đề cập đến bằng 1 bài viết riêng. Từ trường quay được tạo ra trong động cơ đồng bộ và nó được đánh dấu chiều quay như Hình.2

Rotor: Từ trường không đổi

Rotor được kích từ bằng một nguồn điện một chiều DC. từ trường được tạo ra xung quanh rotor bằng nguồn kích từ 1 chiều được hiển thị như hình dưới.  rõ ràng là với từ trường được tạo ra như vậy,  rotor hoạt động như một nam châm vĩnh cữu . Ngoài ra rotor có thể được làm bằng nam châm vĩnh cữu

Sự tương tác giữa rotor và từ trường quay rất thú vị. giả sử  rotor quay vòng ban đầu cùng chiều với chiều quay của từ trường quay RMF. Bạn có thể thấy rằng các cực khác cực tính của từ trường Quay RMF và Rotor sẽ bị hút lẫn nhau. và chúng sẽ bị khóa bằng từ tính. Điều này có nghĩa là rotor sẽ quay cùng tốc độ với tốc độ của từ trường quay RMF. Hay rotor quay với tốc độ đồng bộ.

hình.3 hình bên trái thể hiện sự hút lẫn nhau giữa các cực của từ trường quay và
từ trườn không đổi
hình bên trái cho thấy các cực bị khóa lẫn nhau ( khóa từ)

Tốc độ đồng bộ

Tốc độ đồng bộ có thể được tính một cách khá đơn giản như sau:

Rõ ràng từ mối quan hệ đó thấy rằng tốc độ động cơ đồng bộ, N_s(rpm) tỉ lệ thuận với tần số của nguồn điện f(Hz). P là số cực của rotor. điều này có nghĩa rằng nếu chúng ta điều khiển được tần số nguồn điện cấp cho động cơ, tốc độ của động có đồng bộ có thể được điều khiển một các rất chính xác. Đây là lý do tại sao chúng được dùng trong các ứng dụng có độ chính xác cao.

Tại sao động cơ đồng bộ không tự khởi động

Nếu rotor không có sự chuyển động quay ban đầu, thì tình hình ngày càng khác. Cực bắc của rotor sẽ bị hút bởi cực nam của Từ trường quay RMF và sẽ bắt đầu chuyển động cùng chiều quay của Từ trường quay RMF. Nhưng khi rotor có quán tính Tốc độ khời động sẽ rất thấp. bởi vì sau đó cực nam của từ trường quay sẽ được Thay thế bởi một cực bắc. và chúng sẽ đẩy nhau. Điều này làm cho rotor chuyển động ngược lại. Nó làm cho rotor không thể tự khởi động.

Hình .4 hình bên trái các cực của RMF và rotor hút lẫn nhau.
khi rotor chưa đạt tốc độ như hình bên trái thì chúng trở thành lực đẩy

Tóm lại là động cơ không đồng bộ không thể tự khởi động

Cách làm cho động cơ đồng bộ tự khởi động

Để làm cho động cơ đồng bộ tự khởi động, một lồng sóc được ngắn mạch 2 đầu bằng vòng ngắn mạch được gắn vào rotor.

Fig.5 Lồng sóc được gắn thêm cho rotor

Lúc khởi động thì các cuộn dây của rotor không được cấp năng lượng. vì vậy với sự tác động của từ trường quay, sẽ có dòng điện cảm ứng trong các thanh dẫn của lồng sóc, lúc này trở thành trường hợp dòng điện đặt trong từ trường. nên sẽ có lực điện từ tác động vào rotor và rotor bắt đầu quay giống như trường hợp của động cơ cảm ứng rotor lồng sóc.( tốc độ quay lúc này không phải là tốc độ đồng bộ)

Hình .7 Lồng sốc giúp động cơ khởi động như động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc.

Khi rotor đạt được tốc độ lớn nhất, các cuộn dây rotor được cấp năng lượng. Do đó, như đã đề cập ở trên, các cực của rotor sẽ bị khóa với các cực của từ trường quay và sẽ quay với tốc độ đồng bộ. khi rotor chuyển động ở tốc độ đồng bộ, chuyển động tương đối giữa lồng sóc và từ trường quay là bằng 0. Điều này có nghĩa là không có dòng điện và lực trên các thanh dẫn của lồng sóc. Do đó nó không ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ đồng bộ. 

Động cơ đồng bộ không còn tính đồng bộ

Động cơ đồng bộ sẽ chạy với tốc độ không đổi nếu tải của động cơ nằm trong công suất của động cơ. nếu momen tải lớn hơn momen do động cơ sinh ra, nó sẽ không còn tính đồng bộ và sẽ dừng. Điện áp cấp và điện áp kích từ thấp cũng sẽ dấn đến động cơ sẽ không còn tính đồng bộ nữa. Động cơ đồng bộ có cấu tạo gần giống với máy phát điện.

Máy bù đồng bộ

Động cơ đồng bộ có thể được dùng để cải thiện hệ số công suất của hệ thống.Khi mục đích duy nhất của chúng được ứng dụng để cải thiện hệ số công suất thì chúng được gọi là máy bì đồng bộ. Trong trường hợp đóp thì trục động cơ không được kết nối với tải nào và nó quay tự do.
Nguồn: Learn Engineering

TỪ TRƯỜNG QUAY VÀ TỐC ĐỘ ĐỒNG BỘ TRONG MÁY ĐIỆN 1 PHA

Động cơ xoay chiều một pha dùng từ trường quay để nó hoạt động. Cách mà từ trường quay được tạo ra trong máy điện một pha là rất khác so với máy điện 3 pha. Trong video này sẽ cho ta thấy được cách tạo ra từ trường quay trong động cơ điện 1 pha

Bài viết sau sẽ mô tả những gì được đề cập đến trong video

Từ trường quay được tạo bởi dòng điện 1 pha

Dòng điện 1 pha đi qua cuộn dây sẽ tạo ra một từ trường biến thiên.

Fig.1 Từ trường biến thiên được tạo ra bởi dòng điện 1 pha.

Nhưng làm thế nào để từ trường có thể quay được. để làm điều đó, Nikola Tesla một nhà phát minh nổi tiếng của Nam Tư đã đưa ra một giải pháp đó là đặt một cuộn dây nữa vuông góc với cuộn dây đầu tiên. Dòng điện cùng một nguồn điện được truyền qua cuộn dây thứ hai. Vì vật từ thông trong dây cuốn thứ hai dao động vuông góc với từ trường của cuộn dây thứ nhất.

Fig.2 Từ thông trong cuộn dây thứ hai sẽ dao động vuông góc với từ thông trong cuộn dây thứ nhất.

mào. bây giờ chúng ta thêm một tụ điện vào cuộn dây thứ hai. Tụ điện này đảm bảo rằng dòng điện trong cuộn dây thứ 2 lệch pha so với dòng điện trong cuộn dây thứ nhất một góc 90*

Fig.3 Một tụ điện mắc vào cuộn dây thứ 2 sẽ đảm bảo rằng dòng điên lệch pha 90*

Sự thay đổi của từ trường theo thời gian

Từ trường bây giờ sẽ là tổng của 2  từ trường được tạo ra bởi 2 cuộn dây. bây giờ ta xem xét sự thay đổi của từ trường theo thời gian.

Fig.4 Sự thay đổi của từ trường theo thời gian

Bạn có thể thấy rằng theo thời gian thì cường độ từ trường không đổi nhưng hướng thay đổi. nó cũng giống như một từ trường quay. Và đây là cách tạo ra từ trường quay trong động cơ điện xoay chiều một pha. Tốc độ quay của tử trường được biết đến như tốc độ đồng bộ.

Fig.5 Từ trường quay theo hướng mũi tên.

Máy điện 1 pha với số cực khác nhau

Dây quấn trong Fig.5 tạo ra đươc 2 cực từ. Trong thực tế máy điện có thể có nhiều cực từ hơn. Do đó tốc độ từ trường có thể thay đổi. Hình dưới đây hiển thì từ trường 4 cực. 

Với từ trường như vậy động cơ xoay chiều một pha có thể hoạt động.

Nguồn: Learn Engineering

ĐỘNG CƠ ĐIỆN 3 PHA HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO?

Động Cơ Điện 3 Pha Hoạt Động Như Thế Nào

Động cơ điện 3 pha là loại máy điện thường được sử dụng nhiều nhất. Chúng rẻ, bền và dễ dàng bảo trì hơn các loại khác. Trong video này chúng ta sẽ học về cách hoạt động của động cơ 3 pha rotor lồng sóc

Bài viết sau đây sẽ đưa ra một mô tả chi tiết về những gì video trên đề cập đến

Các bộ phận chính của động cơ điện 3 pha

Một động cơ điện có 2 phần chính; là Stator và Rotor. Stator là phần đứng yên hay còn gọi là phần tĩnh và Rotor là phần quay. Rotor được đặt bên trong Stator. Sẽ có một khe hở giữa Stator và Rotor, được biết đến như là khe hở không khí. Giá trị của khe hở không khí có thể dao động từ 0,5 đến 2mm.

Hình.1 Stator và Rotor của một động cơ điện.

Cấu tạo chi tiết của Stator

Stator được làm bằng cách ghép các tấm thép kỹ thuật điện mỏng bên trong có xẻ rãnh hoặc là khối thép đúc. Cách mà các lá thép được gắn vào khung được biểu diễn như hình dưới. Ở đây chỉ có một số lá théo được hiển thị. Dây quấn đi qua các khe(rãnh) của stator.

Hình . 2 Cấu tạo chi tiết của Stator

Hiện tượng gây ra bởi dòng điện 3 pha đi qua dây quấn stator

Khi dòng điện xoay chiều 3 pha đi qua dây quấn stator sẽ có điều rất thú vị xảy ra đó là nó tạo ra một từ trường quay Rotating magnetic field (RMF). Như hiển thị trong hình dưới một từ trường quay được tạo ra trong stator khi có dòng điện 3 pha chạy qua. RMF là một khái niệm quan trọng trong máy điện. Chúng ta sẽ xem nó được tạo ra như thế nào ở phần tiếp theo.

Hình.3 Từ trường quay tạo ra bởi một động cơ điện.

Khái niệm về từ trường quay RMF( Rotating Magnetic Field)

Để hiểu được hiện tượng tạo ra từ trường quay, tốt nhất nên xem xét dây quấn 3 pha đơn giản với chỉ 3 cuộn dây. Một dây dẫn mang dòng điện tạo ra một trừ trường xung quanh nó. với sự sắp xếp đặc biệt của đây quấn 3 pha, từ trường được tạo ra bởi dòng điện 3 pha sẽ được hiển thị như hình dưới tại 1 thời điểm tức thời riêng biệt.

Fig.4 Từ trường được tạo ra bởi 3 cuộn dây đơn giản và dây dẫn đơn.

Dòng điện AC sẽ thay đổi theo thời gian. xét 3 thời điểm được thể hiện ở hình dưới, ở đây do sự thay đổi của dòng điện AC, từ trường cũng thay đổi theo, rõ ràng là mỗi từ trường có một hướng khác nhau ở một thời điểm, nhưng mà độ lớn là giống nhau. Từ 3 thời điểm thì rõ ràng nó giống như một từ trường đang quay đều. tốc độ quay của từ trường được gọi là tốc độ đồng bộ.

Fig.5 Từ trường quay được tạo ra trên dây quấn đơn giản.

Giả sử bạn đang đặt một vòng dây dẫn kín bên trong từ trường quay như vậy. khi từ trường biến thiên thì một điện áp cảm ứng E.M.F được tạo ra trong vòng kín theo định luật Faraday. E.M.F sẽ sinh ra một dòng điện chạy trong vòng dây kín . do đó giờ đây nó trở thành trường hợp một vòng dây kín có dòng điện đi qua được đặt trong từ trường. điều này dẫn đến sẽ có một lực điện từ trong dây dẫn kín theo định luật Lorentz, vì vậy vòng dây kín sẽ bắt đầu quay dưới tác dụng của lực điện từ.

Hình.6 Hiện tượng tạo RMF trong đây dẫn kín

Hoạt động của một động cơ điện

Hiện tượng tương tự cũng xảy ra bên trong một động cơ điện. Ở đây, thay vì một vòng dây kín đơn giản, một rotor lồng sóc được sử dụng. Rotor lồng sóc bao gồm các thanh dẫn được ngắn mạch 2 đầu bởi 2 vòng ngắn mạch.

Hình.7 Rotor lồng sóc thường được sử dụng trong động cơ điện 3 pha

Dòng điện 3 pha chạy trong dây quấn stator tạo ra một từ trường quay. Do vậy giống như hiện tượng nhắc đến phía trên, dòng điện sẽ được tạo ra trong các thanh dẫn của rotor lồng sóc và nó bắt đầu quay. Bạn sẽ để ý thấy dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn sẽ thay đổi, điều này là do từ thông cắt qua mỗi một cặp thanh dẫn là khác nhau, và hướng khác nhau của chúng. Sự thay đổi của dòng điện trên các thanh dẫn sẽ thay đổi theo thời gian.

Hình.8 RMF tạo ra momen quay rotor như với trường hợp vòng dây kín đơn giản.

Đây là lý do tại sao cái tên đông cơ điện cảm ứng (induction motor) được sử dụng. Dòng điện trong rotor sinh ra do cảm ứng chứ không phải được cấp trực tiếp. Để hỗ trợ hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra thì các lá thép điện từ được gắn bên trong rotor.

Hình.9 Lớp lá thép điện từ được gắn chặt bên trong rotor.

các lá sắt được dát mỏng để giảm thiểu dòng điện xoáy ở mức nhỏ nhất. Bạn có thể thấy rằng một lợi thế lớn của động cơ 3 phase là nó tự khởi động. Bạn hãy để ý đến các thanh dẫn trong rotor. chúng được đặt xiên so với trục quay. Điều này để tránh sự dao động của momen quay. Nếu các thanh dẫn được đặt thẳng song song với trục, sẽ có 1 khoảng thời gian nhỏ momen quay chuyển từ cặp thanh dẫn này sang cặp thanh dẫn tiếp theo. điều này sẽ gây ra dao động  moment quay và làm rotor bị giật khi quay. Bằng cách đặt xiên các thanh dẫn rotor, trước khi momen quay được tạo ra bởi cặp thanh dẫn này hết đi thì cặp thanh dẫn khác đi vào hoạt động. Do đó nó tránh được sự dao động momen.

Tốc độ quay của Rotor và khái niệm về hệ số trượt.

Bạn có thể nhận thấy ở đây là cả hai từ trường và rotor đều quay. Nhưng rotor sẽ quay với tốc độ nào?. Để có câu trả lời cho vấn đề này chúng ta hãy xem xét các trường hợp khác nhau.
Giả sử tốc độ của rotor giống với tốc độ của từ trường quay. Do tốc độ từ trường quay bằng tốc độ rotor ta có thể thấy rằng khi đó thì rotor sẽ chịu một từ trường không đổi, do đó sẽ không có điện áp cảm ứng E.M.F hay dòng điện cảm ứng được sinh ra trong rotor. Điều này có nghĩa sẽ không có lực điện từ nào sinh ra trong thanh dẫn của rotor, do đó rotor sẽ quay chậm dần. Nhưng tại lúc nó quay chậm dần, rotor sẽ chịu 1 từ trường biến thiên, Do đó, dòng điện cảm ứng và lực sẽ tăng lên lại và rotor sẽ quay nhanh lên.
Một cách ngắn gọn, rotor sẽ không bao giờ có thể bắt kịp với tốc độ của từ trường. Nó quay với một tốc độ củ thể và nhỏ hơn tốc độ đồng bộ. Sự khác nhau của tốc độ đồng bộ và tốc độ rotor được gọi là hệ số trượt.

Năng lượng được chuyển đổi trong động cơ

Năng lượng của chuyển động quay thu được từ rotor thông qua trục rotor.Hiểu một cách ngắn gọn, năng lượng điện đi vào stator của motor và đầu ra là chuyển động quay của rotor tức biến điện năng thành cơ năng.

Fig.10 Chuyển đổi công suất trong động cơ

Nhưng giữa công suất vào và ra, sẽ có một lượng năng lượng bị tổn thất. Tổn thất này được hợp thành từ các loại tổn thất đó là tổn thất do ma sát, tổn thất đồng, dòng điện eddy và tổn thất sắt từ...
tổn thất năng lượng trong quá trình hoạt động của motor được tiêu tán dưới dạng nhiệt, do dó 1 cánh quạt được đặt sau động cơ giúp hạ nhiệt động cơ.

Fig.11 Một quạt làm mát dùng để loại bỏ nhiệt sinh ra bởi động cơ


Nguồn: Learn Engineering

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC (STEPPER MOTOR)

Động cơ bước là gì? 

Động cơ bước hay còn gọi là step motor là động cơ đồng bộ không chổi than mà vòng quay được chia thành một số bước. Không giống như động cơ một chiều không chổi than quay liên tục khi nó được cấp điện áp một chiều, động cơ bước quay theo các bước góc riêng biệt.

A Stepper Motor or a step motor is a brushless, synchronous motor which divides a full rotation into a number of steps. Unlike a brushless DC motor which rotates continuously when a fixed DC voltage is applied to it, a step motor rotates in discrete step angles. TheStepper Motors therefore are manufactured with steps per revolution of 12, 24, 72, 144, 180, and 200, resulting in stepping angles of 30, 15, 5, 2.5, 2, and 1.8 degrees per step. Động cơ bước có thể được điều khiển có hoặc không có tín hiệu phản hồi. 

Động cơ bước hoạt động như thế nào? 

Động cơ bước hoạt động trên cơ sở lý thuyết điện - từ trường : các cực cùng dấu đẩy nhau và các cực khác dấu hút nhau. Chiều quay được xác định bởi từ trường của Stator, mà từ trường này là do dòng điện chạy qua lõi cuộn dây gây nên. Khi hướng của dòng thay đổi thì cực từ trường cũng thay đổi theo, gây nên chuyển động ngược lại của động cơ (đảo chiều). Ở đây trục rotor được làm bằng sắt từ hay nam châm được bao quanh bởi stator điện từ. Rotor và stator có thể có răng hoặc không có tùy thuộc vào loại của động cơ bước. Khi stator được cấp năng lượng rotor di chuyển theo lực hút của bản thân nó với stator( trong trường hợp động cơ bước loại nam châm vĩnh cữu) hay di chuyển để có 1 khoảng cách tối thiểu với stator( trong trường hợp động cơ bước loại từ trở biến thiên. Bằng cách này, stator được cấp năng lượng một cách trình tự để làm quay rotor động cơ bước  . 

Các loại động cơ bước 

Dựa vào cấu tạo mà động cơ bước được chia thành 3 loại chính: 

1. Động cơ bước loại nam châm vĩnh cữu (permanent magnet stepper)

2. Động cơ bước loại từ trở biến thiên ( variable reluctance stepper)

3. Động cơ bước loại tổng hợp ( hybrid step motor)

   1. Động cơ bước loại nam châm vĩnh cữu (Permanent Magnet Stepper motor) :

Cực của rotor,stator động cơ bước loại nam châm vĩnh cữu không có răng. Thay vào đó rotor có cực bắc, nam thay thế có trục vuông góc với trục rotor.

Khi stator được cấp năng lượng, nó trở thành các cực nam châm điện. Ro When a stator is energized, it develops electromagnetic poles. The magnetic rotor aligns along the magnetic field of the stator. The other stator is then energized in the sequence so that the rotor moves and aligns itself to the new magnetic field. This way energizing the stators in a fixed sequence rotates the stepper motor by fixed angles.

Độ phân giải của động cơ bước loại nam châm vĩnh cữu có thể được tăng lên bằng cách tăng số lượng cực trong rotor hay tăng số pha stator.

Động cơ bước loại thay đổi từ trở :   

Động cơ bước loại từ trở biến thiên có rotor làm bằng sắt không từ tính và có răng. khi stator được cấp năng lượng, rotor di chuyển để có khoảng cách nhỏ nhất giữa stator và răng của nó.

Răng của rotor được thiết kế sao cho khi chúng được khớp với một stator thì chúng lại lệch với stator tiếp theo. và lúc đó nếu stator tiếp theo được cấp năng lượng rotor sẽ di chuyển răng của nó khớp với stator tiếp theo. Theo cách này stator được cấp năng lượng theo một trình tự cố định sẽ hoàn thành vòng quay cho động cơ bước. 

Độ phân giải của động cơ bước loại thay đổi từ trở có thể được tăng lên bằng cách tăng số răng của rotor hay tăng số lượng "pha"

Động cơ bước loại hổn hợp :

Động cơ bước loại hỗn hợp là một sự kết hợp của cả hai loại nam châm vĩnh cữu và thay đổi từ trở. A hybrid stepper is a combination of both permanent magnet and the variable reluctance. It has a magnetic teethed rotor which better guides magnetic flux to preferred location in the air gap.

The magnetic rotor has two cups. One for north poles and second for the south poles. The rotor cups are designed so that that the north and south poles arrange in alternative manner. Check out the insight of a Hybrid Stepper Motor.

The Hybrid motor rotates on same principle of energizing the stator coils in a sequence.

Types of Winding and Lead-out

The step motors are mostly two phase motors. These can be unipolar or bipolar. In unipolar step motor there are two winding per phase. The two winding to a pole may have one lead common i.e. centre tapped. The unipolar motor so, have five, six or eight leads. In the designs where the common of two poles are separate but centre tapped, motor have six leads. If the centre taps of the two poles are internally short, the motor has five leads. Eight lead unipolar facilitates both series and parallel connection whereas five lead and six lead motors have series connection of stator coils. The unipolar motor simplifies the operation because in operating them there is no need to reverse the current in the driving circuit. These are also called bifilar motors.

In bipolar stepper there is single winding per pole. The direction of current need to be changed by the driving circuit so the driving circuit of the bipolar stepper becomes complex. These are also called unifilar motors.

Stepping Modes

There are three stepping modes of a stepper motor. The stepping mode refers to the pattern of sequence in which stator coils are energized.

1.      Wave drive (One phase ON at a time)

2.      Full drive (Two phase ON at a time)

3.      Half drive (One and two phase ON at a time)

1.    Wave drive :

In wave drive stepping mode only one phase is energized at a time.

Full Drive :

In full drive, two phases are energized at a time.

Half Drive :

In half drive, alternately one and two phases are energized. This increases the resolution of the motor.

•