Step motor là gì?
Step motor (động cơ bước) là loại motor điện đồng bộ chuyển đổi xung điều khiển thành chuyển động quay từng bước rời rạc, có độ chính xác vị trí mà không cần hệ thống hồi tiếp (open-loop). Mỗi xung đầu vào tương ứng với một bước góc cố định, tùy thiết kế motor.
Nguyên lý hoạt động
Step motor có rotor là nam châm vĩnh cửu hoặc lõi thép răng, stator có nhiều cuộn dây chia thành 2 hoặc 4 pha. Driver kích lần lượt từng pha stator theo thứ tự, tạo ra từ trường kéo rotor dịch chuyển từng bước. Góc bước phụ thuộc vào số răng rotor và số pha:
Góc bước (°) = 360° / (số bước/vòng)
Step motor NEMA17 phổ biến: 200 bước/vòng → góc bước = 1,8°.
Các chế độ kích bước
| Chế độ | Bước/vòng | Góc bước | Đặc điểm |
|---|---|---|---|
| Full step | 200 | 1,8° | Mô-men lớn nhất, rung nhiều |
| Half step | 400 | 0,9° | Cân bằng mô-men/độ mịn |
| 1/4 step | 800 | 0,45° | Mịn hơn, mô-men giảm |
| 1/8 step | 1.600 | 0,225° | Rất mịn, phổ biến máy in 3D |
| 1/16 step | 3.200 | 0,1125° | Mịn, ít rung |
| 1/32 step | 6.400 | 0,05625° | Rất mịn, mô-men rất thấp |
| 1/256 step | 51.200 | 0,007° | Driver cao cấp (TMC2209) |
Các loại step motor phổ biến
- NEMA17: mặt bích 42×42 mm, mô-men 0,4–0,9 N·m. Phổ biến nhất trong máy in 3D (Creality, Prusa, Bambu Lab).
- NEMA23: mặt bích 57×57 mm, mô-men 1,0–3,0 N·m. Dùng trong máy CNC laser, router nhỏ.
- NEMA34: mặt bích 86×86 mm, mô-men 4,0–12,0 N·m. Máy CNC router gỗ, máy plasma cắt.
Driver step motor
Driver phổ biến trong DIY và máy in 3D:
- A4988: microstepping 1/16, dòng max 2A. Phổ biến, giá rẻ.
- DRV8825: microstepping 1/32, dòng max 2,5A. Điện áp cao hơn A4988.
- TMC2209: microstepping 1/256 (StealthChop), tính năng StallGuard (phát hiện mất bước), cực kỳ yên tĩnh. Dùng trong máy in 3D hiện đại.
Driver công nghiệp: DM542, DM860H cho NEMA23/34 dòng 2–8A.
Ưu và nhược điểm của step motor
- Ưu điểm: không cần encoder, open-loop đơn giản, định vị chính xác khi không mất bước, giá thấp, điều khiển dễ bằng vi điều khiển (Arduino, ESP32, STM32).
- Nhược điểm: mất bước khi tải quá lớn (không có cảnh báo), hiệu suất thấp ở tốc độ cao, rung nhiều ở tốc độ thấp (trừ khi dùng driver tốt + microstepping), mô-men giảm mạnh khi tốc độ tăng.