Các loại động cơ bước

001001001001001001001001 
Cuộn 2   0100100100100100100100100 
Cuộn 3   0010010010010010010010010 
    thời gian ‐‐> 
Phần Điều khiển mức trung bình cung cấp chi tiết về phương pháp tạo ra các 
dãy  tín hiệu  điều khiển như vậy, và phần Các mạch  điều khiển bàn về việc 
đóng ngắt dòng điện qua các cuộn để điều khiển động cơ từ các chuỗi như thế. 
Hình dạng động cơ được mô tả trong hình 1.1, quay 30 độ mỗi bước, dùng số 
răng rotor và số cực stator tối thiểu. Sử dụng nhiều cực và nhiều răng hơn cho 
phép động cơ quay với góc nhỏ hơn. Tạo mặt răng  trên bề mặt các cực và các 
răng trên rotor một cách phù hợp cho phép các bước nhỏ đến vài độ. 
3 
Động cơ đơn cực 
Hình 1.2   
Động cơ bước đơn cực, cả nam châm vĩnh cửu và động cơ hỗn hợp, với 5, 6 hoặc 
8 dây ra thường được quấn như sơ đồ hình 1.2, với một đầu nối trung tâm trên 
các  cuộn. Khi dùng,  các  đầu  nối  trung  tâm  thường  được  nối  vào  cực dương 
nguồn  cấp, và hai  đầu  còn  lại  của mỗi mấu  lần  lượt nối  đất  để  đảo  chiều  từ 
trường tạo bởi cuộn đó. 
Sự khác nhau giữa hai loại động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực và động cơ hỗn 
hợp đơn cực không thể nói rõ trong nội dung tóm tắt của tài  liệu này. Từ đây, 
khi khảo sát động cơ đơn cực, chúng ta chỉ khảo sát động cơ nam châm vĩnh cửu, 
việc điều khiển động cơ hỗn hợp đơn cực hoàn toàn tương tự. 
Mấu 1 nằm ở cực trên và dưới của stator, còn mấu 2 nằm ở hai cực bên phải và 
bên trái động cơ. Rotor  là một nam châm vĩnh cửu với 6 cực, 3 Nam và 3 Bắc, 
xếp xen kẽ trên vòng tròn. 
Để xử  lý góc bước  ở mức  độ  cao hơn,  rotor phải  có nhiều  cực  đối xứng hơn. 
Động cơ 30 độ mỗi bước trong hình  là một  trong những thiết kế động cơ nam 
châm vĩnh cửu thông dụng nhất, mặc dù động cơ có bước 15 độ và 7.5 độ là khá 
lớn. Người ta cũng đã tạo ra được động cơ nam châm vĩnh cửu với mỗi bước là 
1.8 độ và với động cơ hỗn hợp mỗi bước nhỏ nhất có thể đạt được là 3.6 độ đến 
1.8 độ, còn tốt hơn nữa, có thể đạt đến 0.72 độ. 
Như trong hình, dòng điện đi qua từ đầu trung tâm của mấu 1 đến đầu a tạo ra 
cực Bắc trong stator trong khi đó cực còn lại của stator là cực Nam. Nếu điện ở 
mấu 1 bị ngắt và kích mấu 2, rotor sẽ quay 30 độ, hay 1 bước. Để quay động cơ 
một cách liên tục, chúng ta chỉ cần áp điện vào hai mấu của đông cơ theo dãy. 
4 
Mấu 1a  1000100010001000100010001    Mấu 1a  1100110011001100110011001 
Mấu 1b  0010001000100010001000100    Mấu 1b  0011001100110011001100110 
Mấu 2a  0100010001000100010001000    Mấu 2a  0110011001100110011001100 
Mấu 2b  0001000100010001000100010    Mấu 2b  1001100110011001100110011 
    thời gian ‐‐>             thời gian ‐‐> 
Nhớ rằng hai nửa của một mấu không bao giờ được kích cùng một lúc. Cả hai 
dãy nêu  trên  sẽ quay một  động  cơ nam  châm vĩnh  cửu một bước  ở mỗi  thời 
điểm. Dãy bên trái chỉ cấp điện cho một mấu tại một thời điểm, như mô tả trong 
hình trên; vì vậy, nó dùng ít năng lượng hơn. Dãy bên phải đòi hỏi cấp điện cho 
cả hai mấu một  lúc và nói chung sẽ tạo ra một moment xoắy  lớn hơn dãy bên 
trái 1.4 lần trong khi phải cấp điện gấp 2 lần. 
Phần Điều  khiển mức  trung  bình  trong  tài  liệu  này  sẽ  cung  cấp  chi  tiết  về 
phương pháp tạo ra những dãy tín hiệu điều khiển như vậy, còn phần Các mạch 
điều khiển nói về mạch  đóng ngắt các mạch  điện cần  thiết  để điều khiển các 
mấu động cơ từ các dãy điều khiển trên. 
Vị trí bước được tạo ra bởi hai chuỗi trên không giống nhau; kết quả, kết hợp 2 
chuỗi trên cho phép điều khiển nửa bước, với việc dừng động cơ một cách lần 
lượt tại những vị trí đã nêu ở một trong hai dãy trên. Chuỗi kết hợp như sau: 
Mấu 1a  11000001110000011100000111 
Mấu 1b  00011100000111000001110000 
Mấu 2a  01110000011100000111000001 
Mấu 2b  00000111000001110000011100 
    Thời gian ‐‐> 
5 
Động cơ hai cực 
Hình 1.3   
Động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc hỗn hợp hai cực có cấu trúc cơ khí giống y 
như  động  cơ  đơn  cực,  nhưng  hai mấu  của  động  cơ  được  nối  đơn  giản  hơn, 
không  có  đầu  trung  tâm. Vì  vậy, bản  thân  động  cơ  thì  đơn giản hơn, nhưng 
mạch điều khiển để đảo cực mỗi cặp cực trong động cơ thì phức tạp hơn. Minh 
hoạ ở hình 1.3 chỉ ra cách nối động cơ, trong khi đó phần rotor ở đây giống y 
như ở hình 1.2. 
Mạch điều khiển cho động cơ đòi hỏi một mạch điều khiển cầu H cho mỗi mấu; 
điều này sẽ được bàn chi tiết trong phần Các mạch điều khiển. Tóm lại, một cầu 
H cho phép cực của nguồn áp đến mỗi đầu của mấu được điều khiển một cách 
độc  lập. Các dãy điều khiển cho mỗi bước đơn của  loại động cơ này được nêu 
bên dưới, dùng + và  ‐ để đại diện cho các cực của nguồn áp được áp vào mỗi 
đầu của động cơ: 
Đầu 1a  + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐       + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ 
Đầu 1b  ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐       ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + 
Đầu 2a  ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐       ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐  
Đầu 2b  ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ +       + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + 
    thời gian ‐‐> 
Chú ý rằng những dãy này giống như  trong động cơ nam châm vĩnh cửu đơn 
cực, ở mức độ lý thuyết, và rằng ở mức độ mạch đóng ngắt cầu H, hệ thống điều 
khiển cho hai loại động cơ này là giống nhau. 
Chú ý khác là có rất nhiều chip điều khiển cầu H có một đầu vào điều khiển đầu 
ra và một đầu khác để điều khiển hướng. Có loại chip cầu H kể trên, dãy điều 
khiển dưới đây sẽ quay động cơ giống như dãy điều khiển nêu phía trên: 
6 
Enable  1   1010101010101010   1111111111111111 
Hướng 1   1x0x1x0x1x0x1x0x   1100110011001100 
Enable  2   0101010101010101   1111111111111111 
Hướng 2   x1x0x1x0x1x0x1x0   0110011001100110 
    thời gian ‐‐> 
Để phân biệt một động cơ nam châm vĩnh cửu hai cực với những động cơ 4 dây 
biến từ trở, đo điện trở giữa các cặp dây. Chú ý  là một vài động cơ nam châm 
vĩnh cửu có 4 mấu độc  lập, được xếp  thành 2 bộ. Trong mỗi bộ, nếu hai mấu 
được nối tiếp với nhau, thì đó là động cơ hai cực điện thế cao. Nếu chúng được 
nối song song, thì đó là động cơ hai cực dùng điện thế thấp. Nếu chúng được nối 
tiếp với một đầu trung tâm, thì dùng như với động cơ đơn cực điên thế thấp. 
Động cơ nhiều pha 
Hình 1.4   
Một bộ phận các động không được phổ biến như những loại trên đó là động cơ 
nam châm vĩnh cửu mà các cuộn được quấn nối  tiếp  thành một vòng kín như 
hình 1.4. Thiết kế phổ biến nhất đối với loại này sử dụng dây nối 3 pha và 5 pha. 
Bộ điều khiển cần ½ cầu H cho mỗi một đầu ra của động cơ, nhưng những động 
cơ này có thể cung cấp moment xoắn lớn hơn so với các loại động cơ bước khác 
cùng kích thước. Một vài động cơ 5 pha có thể xử  lý cấp cao để có được bước 
0.72 độ (500 bước mỗi vòng).Với một động cơ 5 pha như trên sẽ quay mười bước 
mỗi vòng bước, như trình bày dưới đây: 
7 
Đầu 1  + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + 
Đầu 2  ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ 
Đầu 3  + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + +  
Đầu 4  + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐  
Đầu 5  ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ 
    thời gian ‐‐> 
Ở đây, giống như trong trường hợp động cơ hai cực, mỗi đầu hoặc được nối vào 
cực dương hoặc cực âm của hệ thống cấp điện động cơ. Chú ý rằng, tại mỗi bước, 
chỉ có một đầu thay đổi cực. Sự thay đổi này làm ngắt điện ở một mấu nối vào 
đầu đó (bởi vì cả hai đầu của mấu có cùng điện cực) và áp điện vào một mấu 
đang trong trạng thái nghỉ trước đó. Hình dạng của động cơ được đề nghị như 
hình 1.4, dãy điều khiển sẽ điều khiển động cơ quay 2 vòng. 
Để phân biệt động cơ 5 pha với các  loại động cơ có 5 dây dẫn chính, cần nhớ 
rằng, nếu điện trở giữa 2 đầu liên tiếp của một động cơ 5 pha là R, thì điện trở 
giữa hai đầu không liên tiếp sẽ là 1.5R. 
Và cũng cần ghi nhận rằng một vài động cơ 5 pha có 5 mấu chia, với 10 đầu dây 
dẫn chính. Những dây này có thể nối thành hình sao như hình minh hoạ trên, sử 
dụng mạch điều khiển gồm 5 nửa cầu H, nói cách khác mỗi mấu có  thể được 
điều khiển bởi một vòng cầu H đầy đủ của nó. Để tránh việc tính toán lý thuyết 
với các  linh kiện điện  tử, có  thể dùng chip mạch cầu  tích hợp đầy  đủ để  tính 
toán gần đúng. 
8 
Tóm tắt chương 
Qua chương này, các bạn đã có thể phân biệt các loại động cơ như động cơ biến 
từ  trở, động cơ đơn cực, động cơ hai cực, và động cơ nhiều pha dựa vào cảm 
nhận bằng tay khi quay rotor và dùng Ohm kế. 
Việc phân biệt các cặp đầu ra của các cuộn dây cũng có thể suy ra từ việc dùng 
Ohm kế để đo các đầu dây. Tuy nhiên, việc xác định cặp dây ra của từng cuộn 
dây trong động cơ đơn cực hơi khó khăn hơn một chút. 
Để phân biệt hai cặp dây của động cơ đơn cực 5 dây, trước tiên chúng ta dùng 
Ohm kế để xác định dây nối  trung  tâm. Áp điện áp xoay chiều vào dây  trung 
tâm và một trong 4 dây còn lại. Dùng Volt kế xoay chiều đo điện áp giữa dây nối 
trung tâm và 3 dây còn  lại. Chúng ta sẽ thấy rằng điện áp giữa dây trung tâm 
với 2 trong 3 dây còn lại đó gần như bằng không, và với dây thứ ba thì gần như 
bằng điện áp xoay chiều áp vào động cơ. Như vậy, hai dây cho điện áp gần bằng 
0 là một cặp, hai dây còn lại sẽ là cặp thứ hai. 
Lời khuyên: 
‐ Khi dùng Ohm kế để đo, nhớ ghi chú và vẽ ngay  lại cách nối dây  trong 
động cơ để tránh nhầm lẫn về sau 
‐ Các dây nối trung tâm  luôn được nối với nguồn dương trong mạch điều 
khiển (kể cả động cơ biến từ trở và động cơ đơn cực) 
‐ Điện áp xoay chiều dùng để phân biệt các cặp dây trong động cơ đơn cực 
phải đủ nhỏ để không làm hư động cơ. Điện áp đỉnh của dòng xoay chiều 
phải nhỏ hơn điện áp ngưỡng của động cơ. Thông  thường, với động cơ 
24VDC, và 12VDC tôi thường dùng 9VAC và 6VAC để thí nghiệm. 
‐ Luôn ghi nhớ rằng động cơ bước là động cơ điện một chiều 
Bài tập: 
Tự viết ra (hoặc làm thí nghiệm thực tế) tất cả các trường hợp để phân biệt tất cả 
các loại động cơ kể trên và phân biệt các dây nối động cơ của từng loại khi chỉ có 
Ohm kế và Volt kế. 
Làm thế nào để biết điện áp ngưỡng của động cơ mình đang có? 
9 
Trang này bỏ trống để ghi chú