Servo là một hệ thống truyền động điều khiển hồi tiếp vòng kín, nhận tín hiệu và thực hiện một cách nhanh chóng và chính xác theo lệnh từ PLC. Bộ servo bao gồm 1 bộ điều khiển servo (servo drive), 1 động cơ servo và 1 encoder để phản hồi tín hiệu từ động cơ về bộ điều khiển. Servo được sử dụng để điều khiển vị trí chính xác, điều chỉnh mô-men phù hợp với các ứng dụng khác nhau và thay đổi tốc độ cực kỳ nhanh (đáp ứng ở ms).
Động cơ servo là gì?. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ servo?
1. Cấu tạo và phân loại:
Động cơ servo là một thành phần trong hệ thống servo. Động cơ servo nhận tín hiệu từ bộ điều khiển và cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc khi vận hành với tốc độ và độ chính xác cực kỳ cao.
Động cơ servo được chia thành 2 loại: động cơ servo AC, động cơ servo DC. AC servo có thể xử lý các dòng điện cao hơn và có xu hướng được sử dụng trong máy móc công nghiệp. DC servo không được thiết kế cho các dòng điện cao và thường phù hợp hơn cho các ứng dụng nhỏ hơn.
Cấu tạo của động cơ AC servo bao gồm 3 phần: stator, rotor (thường là loại nam châm vĩnh cửu) và encoder.
- Stator bao gồm một cuộn dây được quấn quanh lõi, được cấp nguồn để cung cấp lực cần thiết làm quay rotor.
- Rotor được cấu tạo bởi nam châm vĩnh cửu có từ trường mạnh.
- Encoder được gắn sau đuôi động cơ để phản hồi chính xác tốc độ và vị trí của động cơ về bộ điều khiển.
Cấu tạo AC servo motor
Bộ điều khiển (Servo drive) có nhiệm vụ nhận tín hiệu lệnh điều khiển (xung/analog) từ PLC và truyền lệnh đến động cơ servo để điều khiển động cơ servo hoạt động theo lệnh, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi liên tục về vị trí và tốc độ hiện tại của động cơ servo từ encoder.
2. Nguyên lý hoạt động:
Về nguyên tắc, động cơ servo là một thiết bị độc lập. Tuy nhiên động cơ servo chỉ có ý nghĩa thực tiễn khi hoạt động trong hệ thống servo.
Chế độ hoạt động servo được hình thành bởi những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Động cơ servo nhận một tín hiệu xung điện (PWM) từ bộ điều khiển để hoạt động và được kiểm soát bằng bộ mã hóa (encoder).
Khi động cơ vận hành thì vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này thông qua bộ mã hóa (encoder). Khi đó bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động và làm sai lệch tốc độ cũng như vị trí mong muốn, cơ cấu hồi tiếp sẽ phản hồi tín hiệu về bộ điều khiển. Từ tín hiệu phản hồi về, bộ điều khiển servo sẽ so sánh với tín hiệu lệnh và đưa ra điều chỉnh phù hợp, đảm bảo động cơ servo hoạt động đúng theo yêu cầu đạt được tốc độ và vị trí chính xác nhất.
Lợi ích khi sử dụng AC servo
- Khả năng điều khiển tốc độ, vị trí và mo-men cực kì chính xác.
- Tốc độ đáp ứng và phản hồi nhanh, quán tính thấp (gần như không có quán tính).
- Hiệu suất hoạt động cao tới hơn 90%, ít sinh nhiệt và hầu như không dao động.
- Tốc độ cao và tần suất làm việc thay đổi nhanh, liên tục.
- Hoạt động êm ái, nhẹ, tiết kiệm điện năng.
Hệ thống AC servo phù hợp với hầu hết các ứng dụng trong công nghiệp như máy công cụ, máy đóng gói, các loại máy in, máy cắt, các ứng dụng thu xả cuộn, các ứng dụng cần chạy dừng đúng vị trí, dây chuyền lắp ráp, máy CNC, cánh tay robot…
Với hơn 17 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực tự động hóa và đã nhận được sự tin tưởng của hơn 10.000 khách hàng, DAT tự tin là nhà cung ứng sản phẩm chính hãng quy mô lớn, tin cậy cùng giải pháp chuyên biệt, đảm bảo đáp ứng kịp thời mọi nhu cầu và đem lại hiệu quả cao nhất cho khách hàng. Mọi thông tin chi tiết và nhu cầu tư vấn vui lòng liên hệ hotline 1800 6567 (miễn cước gọi).
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.