Động cơ bước thực chất là động cơ đồng bộ hoạt động dưới tác dụng của các xung rời rạc và kế tiết nhau. Khi một xung dịng điện hoặc điện áp đặt vào cuộn dây phần ứng của động cơ bước, thì roto (phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một gĩc nhất định, và được gọi là bước của động cơ, khi các xung dịng điện đặt vào cuộn dây phần ứng liên tục thì roto sẽ quay liên tục.
Vị trí của động cơ bước được xác định bằng số lượng xung và vận tốc của động cơ tỷ lệ với tần số xung và được xác định bằng số bước/giây.Tính năng làm việc của động cơ bước được đặc trưng bởi bước được thực hiên, đặc tính gĩc (quan hệ của momen địên từ theo gĩc giữa trục của roto và trục của từ trường tổng, tần số xung giới hạn sao cho các quá trình quá độ, khi hồn thành một bước cĩ thể tắt đi trước khi bắt đầu bước
tiếp theo.Tính năng mở máy của độn g cơ, được đặc trưng bởi tần số xung cực đại cĩ thể mở máy mà khơng làm cho roto mất đồng bộ ( bỏ bước)
Bước của động cơ (giá trị của gĩc giữa hai vị trí ổn định kế nhau của roto) càng nhỏ thì độ chính xác trong điều khiển càng cao. Bước của động cơ phụ thuộc vào số cuộn dây phần ứng, số cực của stato, số răng của roto và phương pháp điều khiển bứơc đủ hoặc điều khiển nửa bước. Tuỳ theo yêu cầu về độ chính xác và kết cấu của động cơ mà bước của động cơ thay đổi trong giới hạn từ 0,180 ÷1800. Trong đĩ: động cơ bước nam châm vĩnh cữu dạng cực mĩng và cĩ từ trở thay đổi từ 60 ÷450, động cơ bước cĩ từ trở thay đổi cĩ gĩc bước nằm trong giới hạn từ 1,80 ÷ 300 và động cơ bước hỗn hợp cĩ gĩc bước thay đổi trong khoảng 0,360÷150. Các giá trị gĩc của các loại động cơ kể trên được tính trong chế độ điều khiển bước đủ.
Chiều quay của động cơ bước khơng phụ thuộc vào chiều dịng điện chạy trong các cuộn dây phần ứng, mà phụ thuộc vào thứ tự cuộng dây phần ứng được cấp xung điều khiển.
Số cuộn dây phần ứng ( hay cịn gọi là cuộn dây pha) của động cơ bước đựợc chế tạo từ 2 ÷ 5 cuộn dây pha ( hay cịn gọi là bối dây và được đặt đối diện nhau trong các rãnh ở stato. Đối với cuộn dây phải cĩ hai cuộn dây thì chỉ dùng cho điều khiển lưỡng cực ( cuộc dây cĩ cực tính thay đổi) với 4 cuộn dây cĩ thể dùng cho cả hai chế độ điều khiển đơn cực và điều khiển lưỡng cực Phương pháp điều khiển động cơ bước:
Cĩ 3 phương pháp điều khiển động cơ bước: Đầy bước, nữa bước, vi bước nhưng ở đây ta chỉ xét trường hợp đầy bước.
Nguyên lý làm việc của động cơ bước là dựa trên sự tác động tương hổ giữa từ trường của stato và roto, hình thành momen điện từ làm quay roto đi một gĩc nhất định. Khi cho xung dịng điện tác động vào cuộn dây pha A
A’ roto sẽ quay đến vị trí, mà trục từ trường của roto (cũng chính là trục của roto) trùng với trục từ trường pha A.
Nếu cắt xung dịng điện vào pha A, cho xung dịng điện tác dụng vào cuộn dây BB’ thì véc tơ từ hố của dịng điện sẽ quay đi một gĩc là 180, do đĩ roto cũng quay đi một gĩc 180 để cho trục của từ roto trùng với trục của từ trường tổng. Sau đĩ cắt xung tác động vào pha B và cho dịng điện tác động vào pha A nhưng đổi dấu thì roto quay tiếp một gĩc 180. Nếu tính từ gĩc đầu thì roto đã quay một gĩc 360
Quá trình chuyển phát xung dịng điện tác dụng vào một trong hai pha cho tới khi roto quay một vịng, động cơ sẽ thực hiện được 20 bước (Cịn gọi 20 nhịp) Quá trình chuyển mạch các cuộn dây điều khiển theo một trình tự (A+,B+,A-
, B-) và quá trình chuyển mạch theo trình tự (A+,B+),( A+,B-,),(A-,B+),(A-,B-) Trong trường hợp này thì trong một chu trình chuyển mạch cĩ 20 nhịp (bước ) và ở mỗi nhịp cĩ số cuộn dây điều khiển được cấp xung dịng điện cho nhau.
Dạng điều khiển này được gọi là điều khiển bước đủ, hay cịn gọi điều khiển đối xứng.
Điều khiển động cơ bước 1 pha và hai pha theo phương pháp đầy bước Bảng trạng thái điều khiển động cơ bước
2 pha 4 pha
Bướ c Pha 1 Pha 2 Bướ c Pha 1 Pha 2 Pha 3 Pha 4
1 1 1 1 1 0 1 0
2 -1 1 2 0 1 1 0
3 -1 -1 3 0 1 0 1
4 1 -1 4 1 0 0 1
Điều khiển động cơ 4 pha
xung điều khiển.
Đặc điểm vận tốc của roto trên một bước thể hiện tính dao động của động cơ, đặc tính này cĩ thể được cải thiện bằng việc thiết kế một hộp biến
- Từ bảng trạng thái trên ta cĩ thể dùng IC số để tạo mạch điều khiển.
Pha2 VCC Pha3 U1A 7486 1 2 3 U2A 7473 14 1 3 12 13 2 J CLK K Q Q CLR VCC U1B 7486 4 5 6 Pha1 State U2B 7473 7 5 10 9 8 6 J CLK K Q Q CLR U1C 7486 9 10 8 U1D 7486 12 13 11 VCC Pha4 Clook