MOTOR SERVO

Động cơ servo đang được sử dụng nhiều trong ngành cơ khí, mặc dù có thể đối với nhiều người, đây vẫn còn là một khái niệm hoàn toàn mới. Dưới đây chúng tôi sẽ cung cấp cho các bạn một số kiến thức về khái niệm, cấu tạo, ứng dụng và nguyên tắc hoạt động của motor servo để có cái nhìn toàn diện nhất.

1. Khái niệm động cơ servo

Động cơ servo hay còn gọi là servo motor. Đây là một loại động cơ chuyên dùng, được sử dụng để cung cấp cơ năng cho một số thiết bị, dây chuyền hay cơ cấu hoạt động nào đó trong quy trình sản xuất và chế tạo. Chúng có nhiệm vụ chủ yếu là đầu tàu cung cấp lực kéo cho các dây chuyền hay các cơ cấu khác được hoạt động theo. 

Motor servo sử dụng từ trường để có thể biến điện năng trở thành cơ năng dưới dạng xoay nhằm kéo tải. Có thể nói đây là một thiết bị độc lập vì khi không có tải thì chúng vẫn hoạt động bình thường, tuy nhiên quá trình hoạt động đó không mang có được ý nghĩa gì cả.

Động cơ servo thông thường được kết nối với một cơ cấu truyền động cơ khí nào đó để cung cấp cơ năng nhằm thông qua chuyển động quay của mình. Chính vì thế mà trên thực tế thì chúng chỉ có giá trị khi được kết nối và các thiết bị, cơ cấu khác nhau, chẳng hạn như bằng chuyền, hệ thống đai, các hệ thống xích hoặc hệ thống bơm,…

2. Ứng dụng của động cơ servo

Trên thị trường hiện nay, người ta thường sử dụng loại động cơ AC Servo trong nhiều ứng dụng sau:

• Ứng dụng phổ biến nhất của chúng là trong ngành điện điện tử: các máy móc được lắp ráp theo một dây chuyền sản xuất đòi hỏi phải có tốc độ cao
• Ngành gia công cơ khí, giúp gia công các sản phẩm có độ chính xác cao, chẳng hạn như máy cắt tia laser hay một số loại máy cắt khác.
• Ứng dụng rất nhiều trong việc sản xuất các loại máy cắt CNC PLasma khác.
• Ứng dụng ở trong dây chuyền, chẳng hạn như: đóng gói, đóng hộp, may mặc, bao bì, đóng chai, giấy,…Trong việc điều khiển các máy cuộn vải, cuộn giấy, bao bì để tiến hành cắt hoặc in ấn,…
• Ứng dụng trong ngành điện và thiết bị điện tử: motor servo phù hợp với thiết bị dùng để lắp các linh kiện điện tử, có thể là các chip LSI lên trên phần bảng mạch, cần tới tốc độ vận hành cao và phải có độ chính xác tuyệt đối

• Ứng dụng trong ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm và đồ uống
• Ứng dụng trong ngành may mặc, ngành giấy, bao bì: Trong việc điều khiển các máy cuộn vải, giấy, bao bì để cắt hoặc in ấn…
• Ứng dụng trong việc điều khiển vận chuyển: Động cơ servo sẽ giúp điều khiển tốc độ nhanh hay chậm khi di chuyển các thiết bị trong nhà kho để đưa sang hệ thống băng tải.
• Ứng dụng về khuôn mẫu đùn đối với ngành sản xuất nhựa

3. Ưu nhược điểm của động cơ servo

a. Động cơ servo AC

Ưu điểm: Điều khiển tốc độ rất tốt, điều khiển tương đối trơn tru trên toàn bộ vùng tốc độ, hầu như không bị dao động, hiệu suất làm việc cao hơn đến 90%, ít nhiệt, điều khiển được tốc độ cao, điều khiển vị trí cho độ chính xác cao. Mô-men xoắn và quán tính thấp, tiếng ồn của động cơ cũng thấp, không có phần bàn chải mặc, bảo trì miễn phí trong môi trường không có khói bụi, nổ.

Nhược điểm: Điều khiển động cơ thực hiện phức tạp hơn, các thông số ổ đĩa cần phải điều chỉnh ở các thông số PID để có thể xác định được nhu cầu kết nối nhiều hơn.

b. Động cơ servo DC

Ưu điểm: Động cơ DC servo có chổi than là loại động cơ khá dễ điều khiển, giá thành cũng tương đối rẻ.

Nhược điểm: Khi vận hành động cơ thường gây ra tiếng ồn, tăng nhiệt độ lên cao khi vận hành và quán tính cao mỗi khi giảm tốc độ. Để khắc phục vấn đề này thì có thể sử dụng động cơ DC không có chổi than.

4. Cấu tạo động cơ servo

Động cơ DC Servo có cấu tạo như sau:

• DC servo motor có chổi than: Loại động cơ này thường bao gồm 4 bộ phận chính đó là  stato, rotor, chổi than cùng với cuộn cảm lõi.
• DC servo motor không có chổi than: Có cấu trúc tương đối giống như động cơ có chổi than. Điều khác biệt có bản là các cuộn pha được lắp ở cuộn rotor chính là động cơ vĩnh cửu. Hoạt động vẫn êm và không gây tiếng ồn nên thường được sử dụng nhiều hơn so với dòng động cơ có chổi than.

Động cơ AC Servo có cấu tạo như sau:

• Động cơ AC Servo được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp đa phần là loại động cơ 1 chiều không có chổi than. Động cơ Servo có cấu tạo 2 phần chính tương tự với động cơ bước, đó là Rotor và Stator. Với Rotor của nó là một nam châm vĩnh cửu đem lại từ trường mạnh và Stator cũng là một cuộn dây được cuốn riêng biệt và được cấp nguồn để có thể làm quay Rotor.

Sơ đồ cấu tạo động cơ servo

-Sau đây xin mời quý vị xem video Cấu tạo motor servo, linh kiện động cơ servo.

5. Nguyên lý hoạt động của động cơ servo

Rotor của động cơ chính là một nam châm vĩnh cửu đem lại từ trường mạnh và stator của động cơ cũng được cuốn các cuộn dây thành cuộn riêng biệt, được cấp nguồn theo một trình tự phù hợp để có thể làm quay rotor. Nếu thời điểm và dòng điện cung cấp tới các cuộn dây của động cơ là chuẩn xác thì chuyển động quay của roto sẽ phụ thuộc vào tần số và pha, tiến hành phân cực và dòng điện sẽ chạy trong cuộn dây stator.

Động cơ servo được cấu thành bởi những hệ thống hồi tiếp vòng kín và tín hiệu đầu ra của động cơ, chúng được nối với 1 mạch điều khiển. Khi động cơ hoạt động thì vận tốc và vị trí sẽ nhanh chóng được hồi tiếp về mạch điều khiển ban đầu này. 

Khi đó, bất kỳ lý do nào đưa ra để ngăn cản chuyển động quay liên tục của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy rằng tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển sẽ tiếp tục điều chỉnh sai lệch cho động cơ để đạt được vị trí chính xác nhất. 

6. Phân loại động cơ servo

Motor servo được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, phổ biến gồm:

a) Các loại động cơ Servo theo điện áp

Trên thị trường hiện nay đang phổ biến nhất là 2 loại động cơ servo là DC Servo motor và động cơ AC Servo motor, trong đó cụ thể:

• AC servo motor: là loại động cơ cho phép việc xử lý các dòng điện cao cho nên thường được sử dụng trong các loại máy móc công nghiệp. Đặc biệt là các loại máy công nghệ CNC, máy phay, các máy tiện cơ khí hoặc máy thủy lực,….
• DC servo motor: không được thiết kế dành cho các dòng điện cao mà thường phù hợp hơn đối với các ứng dụng có dòng điện nhỏ hơn, chẳng hạn như máy bơm nước hay máy nén khí,…. Động cơ DC servo còn được chia ra làm 2 loại nhỏ hơn, đó là động cơ 1 chiều có chổi than và loại động cơ 1 chiều không có chổi than.

a) Các loại động cơ Servo theo tính năng phản hồi vị trí

• Động cơ servo không có phản hồi vị trí: là loại motor servo không có phản hồi vị trí sử dụng một bộ điều khiển dựa trên điện áp để điều khiển vị trí của động cơ. Động cơ servo không có phản hồi vị trí là loại rẻ nhất, nhưng chúng không chính xác bằng các loại động cơ servo khác.
• Động cơ servo có phản hồi vị trí tương đối: là loại motor servo có phản hồi vị trí tương đối sử dụng một cảm biến để đo vị trí của động cơ. Động cơ servo có phản hồi vị trí tương đối chính xác hơn động cơ servo không có phản hồi vị trí, nhưng đắt hơn.
• Động cơ servo có phản hồi vị trí tuyệt đối: là loại motor servo có phản hồi vị trí tuyệt đối sử dụng một cảm biến để đo vị trí của động cơ và lưu trữ vị trí đó trong bộ nhớ. Động cơ servo có phản hồi vị trí tuyệt đối chính xác nhất, nhưng chúng cũng đắt nhất.

7. Cách lựa chọn hộp số giảm tốc motor servo

Khi sử dụng động cơ servo cho một số ứng dụng trong sản xuất và đời sống thì chúng ta nên sử dụng thêm hộp số giảm tốc để có thể tăng lực mô men và tải trọng của động cơ. Khi tính toán hộp số servo, chúng ta cần chọn sao cho chính xác tỷ lệ để đảm bảo tốc độ đầu ra của hộp số có thể đủ dùng cho ứng dụng. 

Khi chọn động cơ servo và hộp số, tốt nhất các bạn nên dựa vào những thiết kế của hộp số cũ có sẵn hoặc trường hợp còn bắt buộc phải sử dụng công cụ cơ khí tính toán thì mới có thể cho ra được những thông số chính xác.

Cách tính tốc độ đầu ra khi chọn hộp số giảm tốc: Thường thì động cơ điện 4P có tốc độ quay phổ biế là 1450v/ p. Các bạn hãy lấy 1450 đem chia cho tỷ số truyền thì sẽ có tốc độ chính xác của trục ra. Ví dụ: 1450/ 20 = đầu ra tầm khoảng 71v/ p.

Cách tính tỷ số truyền: Nếu đã biết tốc độ đầu ra của động cơ, giả sử đầu ra là 30v/ p thì khi đó tỷ số truyền sẽ được tính là 1450/ 30 = 48v/ p.

Lưu ý: Đôi khi lắp ráp phần đầu giảm tốc vào motor điện 6 cực: 960v/ p thì các bạn hãy lấy số 960 để chia.

Các ngôn từ chuyên dùng trong ngành hộp số giảm tốc mà bạn cần nắm rõ:

• Trục vào = trục nhỏ = trục tốc độ nhanh = trục nối với motor. Trục ra của hộp số giảm tốc = trục lớn = trục tốc độ chậm = trục mang tải.
• Ratio = tỷ số truyền động của hộp số. Miền Bắc người ta gọi là  I = 20 còn miền Nam thì gọi là I = 1/ 20, có nghĩa là giảm tốc độ đến 20 lần. Tỷ số truyền động càng cao thì thường sẽ là công việc càng nặng nhọc hơn, cho nên ta chọn trục ra cốt ra có đường kính phải lớn hơn để có thể chịu tải tốt hơn.

8. So sánh động cơ bước và động cơ servo

Sự khác biệt giữa động cơ bước và động cơ servo dựa vào bảng dới đây

Video Motor Giảm Tốc IRV 140w 250w 60w 370w, Trục ra Vuông Góc Trục Vào