Động cơ Servo hiện tại đang được ứng dụng rất nhiều là máy móc dây chuyền công nghiệp, vậy động cơ AC servo là gì và ứng dụng của nó ra sao, mời các bạn cùng Batiea tìm hiểu bài viết sau đây!
Servo là gì?
Trong kỹ thuật điều khiển, Servo là gọi tắt của động cơ Servo. Nó là một bộ truyền động quay hoặc bộ truyền động tuyến tính cho phép điều khiển vị trí và tốc độ 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).
Về cơ bản, tên động cơ servo đề cập đến thuật ngữ cơ chế servo, có nghĩa là động cơ được giám sát liên tục để điều khiển chuyển động của nó. Đây là một bộ phận của hệ thống điều khiển, cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc khi vận hành. Với công nghệ Driver Servo thì nó còn được biết đến tương tự như Driver máy tính.
Ví dụ điển hình, động cơ servo được sử dụng trong ô tô hiện đại để kiểm soát tốc độ của chúng. Khi giảm ga, nó sẽ gửi tín hiệu điện đến máy tính của ô tô. Sau đó, máy tính sẽ xử lý thông tin này và gửi tín hiệu đến servo gắn với bướm ga để điều chỉnh tốc độ động cơ.
Cấu tạo của động cơ Servo
Hàng chục bộ phận tạo nên động cơ servo với mỗi bộ phận đóng vai trò quan trọng trong chức năng của thiết bị. Dưới đây là các bộ phận quan trọng nhất của AC servo và vai trò quan trọng của chúng đối với chức năng của Servos.
- 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.
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.
Phân loại động cơ Servo
Động cơ Servo được phân loại thành các loại khác nhau dựa trên ứng dụng của chúng, phổ biến nhất là động cơ AC Servo và động cơ DC Servo. Đây là 2 phân loại cơ bản nhất của động cơ Servo dựa trên loại dòng điện mà nó sẽ sử dụng.
- AC Servo: sẽ chịu được dòng điện cao hơn và được sử dụng phổ biến hơn trong các ứng dụng servo như với rô bốt, sản xuất trong dây chuyền và các ứng dụng công nghiệp khác đòi hỏi số lần lặp lại cao và độ chính xác cao.
- DC Servo: được chuyển mạch cơ học với chổi than, sử dụng cổ góp hoặc điện tử không có chổi than. Động cơ có chổi than thường ít tốn kém hơn và vận hành đơn giản hơn, trong khi thiết kế không chổi than đáng tin cậy hơn, hiệu suất cao hơn và ít ồn hơn. Loại động cơ này chỉ phù hợp cho các ứng dụng nhỏ, vì nó không xử lý được các dòng điện cao.
Nguyên lý hoạt động của động cơ Servo
Động cơ servo là một thiết bị cơ điện tạo ra mô-men xoắn và vận tốc dựa trên dòng điện và điện áp được cung cấp. Động cơ servo hoạt động như một phần của điều khiển vòng kín, cung cấp mô-men xoắn và vận tốc theo lệnh của bộ điều khiển servo sử dụng thiết bị phản hồi để đóng vòng. Thiết bị phản hồi cung cấp thông tin như dòng điện, vận tốc hoặc vị trí cho bộ điều khiển servo, bộ điều khiển này sẽ điều chỉnh hoạt động của động cơ tùy thuộc vào các thông số được lệnh.
Servos được điều khiển bằng cách gửi một xung điện có độ rộng thay đổi hoặc điều chế độ rộng xung (PWM) qua cáp điều khiển. Có nhịp tim tối thiểu, nhịp tim tối đa và tốc độ lặp lại. Một động cơ servo thông thường chỉ có thể quay 90 ° theo mỗi hướng, tổng cộng chuyển động là 180 °.
Vị trí trung tính của động cơ được xác định là vị trí mà servo có cùng tiềm năng quay theo cả chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ. PWM được gửi đến động cơ xác định vị trí của trục và dựa trên khoảng thời gian của xung được gửi qua cáp điều khiển; rôto quay vào vị trí mong muốn.
Động cơ servo mong đợi một xung sau mỗi 20 mili giây và độ dài của xung xác định quãng đường quay của động cơ. Ví dụ, một xung 1,5ms làm cho động cơ quay sang vị trí 90 °. Trong thời gian ít hơn 1,5ms, nó di chuyển ngược chiều kim đồng hồ về vị trí 0 ° và lâu hơn 1,5ms sẽ quay servo theo chiều kim đồng hồ về vị trí 180 °.
Khi một lệnh di chuyển được đưa ra cho các servo này, chúng sẽ di chuyển vào vị trí và giữ vị trí đó. Nếu một lực bên ngoài tác động vào servo trong khi servo đang giữ một vị trí, thì servo sẽ chống lại việc di chuyển khỏi vị trí đó. Lực tối đa mà servo có thể tạo ra được gọi là mô-men xoắn của servo. Tuy nhiên, Servos sẽ không giữ vị trí của họ mãi mãi; Xung vị trí phải được lặp lại để yêu cầu servo giữ nguyên vị trí.
So sánh sự khác nhau giữa động cơ servo và biến tần
Servo và Biến tần đều là thiết bị dùng để điều khiển động cơ. Tuy nhiên nếu như bộ điều khiển servo có khả năng điều khiển linh hoạt và chính xác cả tốc độ, vị trí và mô-men. Thì biến tần chủ yếu dựa trên cơ sở là thay đổi tần số để điều khiển tốc độ động cơ.
Cụ thể đặc điểm khác nhau giữa biến tần và servo như sau:
Có một ví dụ giúp bạn đọc hình dung sự khác nhau của biến tần và servo. Bạn có thể hình dung bạn chạy 1 chiếc xe máy trên một đoạn đường. Biến tần chỉ có khả năng giúp bạn tăng giảm tốc độ xe máy này bằng cách tăng giảm ga để bạn chạy nhanh hay chậm trên đoạn đường A đến B. Trong khi đó servo thì có thể bạn tăng giảm tốc độ và đảo chiều liên tục khi đi từ A đến B một cách rất chính xác.
Nên lựa chọn động cơ servo hay biến tần?
Nhìn chung, việc lựa chọn giữa biến tần (cùng với động cơ ba pha) hay bộ điều khiển Servo (động cơ servo) sẽ phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể, yêu cầu hệ thống và chi phí (cả chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vòng đời của hệ thống). Lựa chọn sai sản phẩm sẽ khiến hệ thống máy móc không đạt mục đích công nghệ và hiệu quả mong muốn, lãng phí, thậm chí còn gây ảnh hưởng đến cả thiết bị liên quan khác.
Nếu bộ điều khiển servo bị lỗi trong khi động cơ servo vẫn hoạt động tốt. Bạn có thể sử dụng biến tần đặc biệt như GD350, GD35 để thay thế giúp tiết kiệm chi phí. Khả năng thay thế còn tùy thuộc vào từng hệ thống cụ thể. Chỉ nên áp dụng khi giá thành thay thế bộ drive quá cao. Thời gian giao hàng lâu ảnh hưởng đến tiến độ sản xuất hoặc không thể mua lại từ nhà cung cấp.
Ứng dụng của động cơ servo
Động cơ Servo được ứng dụng phổ biến hiện nay trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cực kỳ cao về vị trí, tốc độ và mô-men, khả năng điều khiển phức tạp, tốc độ cao và tần suất làm việc thay đổi nhanh và liên tục. Khi máy móc được lắp ráp trong một dây chuyền sản xuất đòi hỏi phải có tốc độ cao thì động cơ Servo đáp ứng được tốt nhất yêu cầu này. Cụ thể:
- Ứng dụng động cơ Servo trong điều khiển vận chuyển: Thiết bị vận chuyển vốn là các linh kiện cực kỳ quan trọng trong nhiều lĩnh vực, khi đó các ngành công nghiệp cũng trở nên tinh vi, hiện đại và tự động hóa. Chẳng hạn, việc di chuyển các thiết bị, máy móc trong nhà kho thông qua hệ thống băng tải. Động cơ servo sẽ giúp điều khiển tốc độ nhanh hay chậm tùy theo mục đích sử dụng.
- Ứng dụng động cơ Servo về khuôn mẫu đùn trong lĩnh vực sản xuất nhựa: Khuôn mẫu đùn được chế tạo bằng phương pháp ép đùn. Đây là thiết bị gia công tạo nên các bộ phận nhựa. Vật liệu nhựa tạo ra nhiệt và tan chảy, sau đó được đùn vào trong 1 chiếc khuôn để gia công các bộ phận còn lại. Các khuôn mẫu thông thường được sử dụng thiết bị điều khiển thủy lực, tuy nhiên ngày nay càng có nhiều khuôn mẫu chuyển sang sử dụng hệ thống điều khiển servo để tiết kiệm điện hơn.
- Ứng dụng động cơ Servo trong ngành điện – điện tử: Máy lắp chính là thiết bị lắp các linh kiện điện tử, chẳng hạn như các chip LSI lên trên bảng mạch, cần đạt đené tốc độ cao và độ chính xác tuyệt đối. Và các servo AC sẽ thỏa mãn được yêu cầu này.
- Ứng dụng động cơ Servo trong ngành sản xuất thực phẩm: Nhu cầu về thực phẩm sạch, chất lượng cao và an toàn hơn cho người tiêu dùng ngày càng tăng. Vì vậy, động cơ servo thường được xem như là giải pháp tối ưu cho nhiều lĩnh vực, ngay cả đối với quy trình sản xuất thực phẩm.
- Ứng dụng trong ngành may mặc, bao bì, ngành giấy: Động cơ Servo được sử dụng trong việc điều khiển các máy cuộn vải, giấy, bao bì để cắt hoặc in ấn…
Hy vọng những thông tin cơ bản về định nghĩa Servo là gì, cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của Servo trên đây sẽ hữu ích cho bạn đọc. Hiểu sự khác biệt của servo và biến tần sẽ giúp doanh nghiệp phần nào lựa chọn được sản phẩm phù hợp.
>> Xem thêm: Hướng đến sản xuất thông minh trong thời đại công nghệ 4.0
