- Động cơ Servo là loại động cơ đồng bộ 3 pha sử dụng lõi từ là nam châm vĩnh cửu thường được điều khiển bằng các Driver chuyên dụng cùng hãng với khả năng chạy tốc độ lẫn vị trí với động chính xác cao. Khi sử dụng Servo thì nếu hư hỏng motor hoặc driver thì thường bắt buộc phải tìm hàng đúng mã, đúng hãng tương thích mới có thể thay thế. - Động cơ Servo hiện nay thường tích hợp tới 3 chế độ điều khiển bao gồm vị trí, tốc độ và torque(momen), tuy nhiên ứng dụng trong thực tế nhiều nhất vẫn là chế độ điều khiển vị trí. - Driver đi kèm Motor Servo thường tích hợp sẵn màn hình cài đặt thông số hoặc phần mềm trên máy tính để người dùng có thể tuỳ biến nhiều thông số cài đặt khác nhau. - Động cơ ac Servo thường có tốc độ định mức rất cao từ 1500V đến 3000V trên một phút, tốc độ tối đa (max speed) của một số loại có thể lên tới 6000V/phút. Đặc điểm của động cơ bước (Step Moto)- Là dạng động cơ một chiều hoặc xoay chiều, được thiết kế để quay được những bước nhỏ nhất dựa vào cuộn dây bên trong. Step Moto có thể sử dụng được với nhiều loại driver khác nhau mà không cần hãng tương thích. - Khác với Servo thì Motor Step chỉ tích hợp khả năng điều khiển vị trí. Driver Step thường không có màn hình cài đặt, người dùng sẽ phải gạt công tắc để chọn mode hoạt động cho Driver. - Tốc độ của Motor Step sẽ chậm hơn rất nhiều so với động cơ Servo chỉ rơi vào khoảng từ 600v/phút đến 1000v/phút. Và có một đặc điểm là khi chạy ở tốc độ cao thì sai số của Step sẽ càng tăng. So sánh tính năng cơ bản của 2 loại động cơ- Xét về tính năng, có thể thấy Motor Servo tỏ ra ưu việt hơn hẳn khi sử dụng thuật toán điều khiển có kiểm soát dựa trên sự phản hồi của cảm biến tốc độ (thường là Encoder, Relsover) nên giúp cho kết quả có độ chính xác cao hơn. - Đối với động cơ bước được thiết kế vi bước dựa trên sự bố trí của các cuộn dây và điều khiển vòng hở nên dẫn tới khi chạy ở tốc độ cao và tải nặng có thể dẫn tới tình trạng mất bước điều khiển không chính xác. - Chính vì những công nghệ phước tạp được tích hợp bên trong sản phẩm cộng với việc chế tạo khó hơn nên dẫn tới giá thành của động cơ Servo sẽ cao hơn nhiều so với Motor Step. Tuy nhiên, thời điểm hiện tại do nhu cầu sử dụng Servo ngày càng cao nên giá thành của sản phẩm đã giảm nhiều và dần bình ổn. - Chính vì một số đặc điểm khác nhau này mà đối với một số ứng dụng điều khiển không có ma sát về cơ khí như máy in 3D hay khắc Laser thì có thể sử dụng Step để giảm giá thành. Còn đối với một số ứng dụng máy móc có va chạm về cơ khí như tiện, phay, cắt gọt thì người ta thường chọn giải pháp là AC Servo để máy có tốc độ nhanh mà vẫn đảm bảo được sự chính xác. Động cơ bước, được điều khiển bởi một xung DC, Mômen là tương đối nhỏ,ít dùng hơn các hệ thống tự động điều khiển chính xác, nó có một nhược điểm là dễ dàng bị mất bước hay gọi là trượt bước. Điều khiển vòng kín của động cơ bước không chính xác bằng AC servo. * AC SERVO MOTOR: 1. Tăng tốc độ đáp ứng tốc độ: Các động cơ bình thường, muốn chuyển từ tốc độ này sang tốc độ khác thì cần có một khoản thời gian quá độ. Trong một số nhu cầu điều khiển, đòi hỏi động cơ phải tăng/giảm tốc nhanh chóng để đạt được một tốc độ mong muốn trong thời gian ngắn nhất, hoặt đạt được một vị trí mong muốn nhanh nhất. Ví dụ bạn muốn điều khiển một cơ cấu từ vị trí X đến vị trí X’, ban đầu khi ở xa vị trí X’ thì động cơ quay với vận tốc lớn để tăng tốc, tuy nhiên khi đến gần X’ đòi hỏi động cơ cần giảm tốc tức thì để có thể đạt được vị trí mong muốn một cách chính xác và loại trừ sự vọt lố vị trí. Các động cơ thường không thể đáp ứng được điều này. Để động cơ đáp ứng được những yêu cầu trên thì nó phải được thiết kế sao cho rút ngắn đáp ứng tốc độ của động cơ. Muốn như vậy ta cần giảm moment quán tính và tăng dòng giới hạn cho động cơ. Để giảm moment quán tính thì động cơ servo được giảm đường kính rotor và loại bỏ các cơ cấu sắt không cần thiết. Để tăng dòng giới hạn, động cơ servo có thể sử dụng sắt Ferrit để làm mạch từ và thiết kế hình dạng lõi sắt cho phù hợp. Đối với động cơ nam châm vĩnh cữu thì nó cần được thiết kế sao cho ngăn cản được sự khử từ (hình dạng mạch từ) và tăng khả năng từ tính của nam châm (sử dụng nam châm đất hiếm rare earth magnet. Trong kỹ thuật không có giải pháp nào hoàn hảo, mà chỉ được coi là giải pháp tốt nhất, đặc biệt đối với động cơ SERVO và động cơ STEP. Cả hai đều được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp. Khi được áp dụng đúng cách, hai động cơ này đều có thể mang lại hiệu quả làm việc đáng mong đợi cho cả hệ thống máy. Để đi tới quyết định lựa chọn loại động cơ nào phù hợp thì phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, nhưng quan trọng nhất là tốc độ, gia tốc và giá cả.  Động cơ STEP (bước): Động cơ này bao gồm một rotor với nam châm vĩnh cữu và stato (mang cuộn dây). Khi dòng điện chạy qua cuộn dây stato, nó tạo ra phân bố từ thông tương tác với phân bố từ trường của rotor để tác dụng lên lực quay. Động cơ bước có số cực rất cao, thường là 50 hoặc lớn hơn. Trình điều khiển động cơ bước tạo năng lượng cho từng cực theo trình tự để roto quay theo bước liên tục, hoặc các bước. Do số cực rất cao nên quá trình chuyển động dường như diễn ra liên tục. .jpg) Ưu điểm: Tạo ra chuyển động gia tăng, chạy theo vòng lặp mở, giảm chi phí và độ phức tạp của bộ mã hóa. Số cực cao nên có thể tạo ra mô-men xoắn rất cao ở tốc độ 0. Kích thước nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí. Nhược điểm: Tốc độ bị giới hạn, chạy tốt nhất ở 1200 vòng/phút hoặc thấp hơn. Mặc dù tạo mô-men xoắn cao ở tốc độ 0, nhưng mô-men xoắn sẽ rơi khi tốc độ tăng. Về lý thuyết thì hộp số có thể được sử dụng để tăng mô-men xoắn nhưng lúc này tốc độ của động cơ STEP trở thành một vấn đề. Bổ sung bộ giảm tốc 10:1 vào động cơ bước 1200 rpm có thể tăng mô-men xoắn lên một độ lớn nhưng nó cũng sẽ giảm tốc độ xuống 120 rpm. Nếu động cơ đang được sử dụng để điều khiển bộ truyền động vít bi hoặc tương tự, nó có thể sẽ không cung cấp đủ tốc độ để đáp ứng nhu cầu của ứng dụng. Động cơ bước cũng có những hạn chế hiệu suất, nó giống như một hệ thống lò xo. Động cơ cần phá vỡ ma sát để bắt đầu quay và di chuyển tải, tại thời điểm đó rotor không được điều khiển hoàn toàn. Thêm một bộ mã hóa sẽ cho phép hệ thống theo dõi chuyển động chính xác hơn, nhưng nó sẽ không thể vượt qua định lý vật lý cơ bản của động cơ. Đối với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác và độ phân giải định vị thì động cơ Servo cung cấp giải pháp tốt hơn. Động cơ SERVO: Cũng giống như động cơ STEP, động cơ SERVO có rất nhiều ưu điểm. Động cơ này là sự kết hợp giữa cánh quạt với nam châm vĩnh cửu và một stator (mang cuộn dây). Dòng điện tạo ra một phân phối từ trường tác động lên rotor để phát triển mô-men xoắn. Tuy nhiên, động cơ Servo có số cực thấp hơn nhiều so với động cơ bước. Vì vậy, chúng phải được hoạt động trong vòng kín. Nhìn chung, động cơ SERVO tinh vi hơn STEP. Chúng chạy nhanh hơn, với tốc độ tới 2000 rpm hoặc hơn. Điều này cho phép động cơ Servo được sử dụng hộp số để cung cấp mô-men xoắn cao hơn nhiều ở tốc độ hữu ích. Không giống như động cơ Step, chúng không chứa mô-men xoắn mỗi se. Hoạt động vòng kín cho phép bộ điều khiển ra lệnh rằng tải vẫn ở một vị trí cụ thể, tuy nhiên động cơ sẽ thực hiện các điều chỉnh liên tục để giữ nó ở đó. Do đó, động cơ Servo có thể cung cấp mô-men xoắn thực tế. Động cơ Servo thường sử dụng nam châm đất hiếm trong khi động cơ Step sử dụng nam châm thông thường, ít tốn kém hơn. Nam châm đất hiếm cho phép phát triển mô-men xoắn cao hơn. Đường kính động cơ Servo thường nằm trong khoảng từ Nema 17 đến 220mm. Vì thế, nó có thể cung cấp các mô-men xoắn lên tới 250 pound. Sự kết hợp giữa tốc độ và mô-men xoắn cho phép động cơ Servo mang lại khả năng tăng tốc độ tốt hơn động cơ Step. Chúng cũng cung cấp độ chính xác hơn do hoạt động vòng kín và sự phản hồi của encoder. |
