Động cơ servo là một phần của hệ thống vòng kín, chúng bao gồm một số bộ phận cụ thể là mạch điều khiển, động cơ servo, trục, chiết áp, bộ khuếch đại, bánh răng truyền động và bộ mã hóa hoặc bộ phân giải.
Động cơ Servo (Servo motor) được sử dụng phổ biến nhất trong các ngành công nghệ ứng dụng về mảng công nghiệp và tự động hoá.
Chúng thực chất là một loại động cơ truyền động quay hoặc tuyến tính cung cấp khả năng điều khiển vị trí nhanh chóng cho các hệ thống điều khiển vòng kín.
1. Động cơ servo là gì?
Động cơ servo là một loại động cơ được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và đáp ứng nhanh các yêu cầu điều khiển.
Động cơ Servo là một loại động cơ cung cấp cơ năng cho hệ thống chuyển động. Với khả năng điều khiển chính xác hoạt động dừng hoặc chuyển động theo lệnh điều khiển.
Servo Motor là động cơ vòng kín sử dụng phản hồi vị trí để điều khiển chuyển động và vị trí cuối cùng của nó. Động cơ được kết hợp với một số loại bộ mã hóa vị trí để cung cấp phản hồi vị trí và tốc độ.
Nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như sản xuất công nghiệp, robot, máy in và máy quét.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ đi vào chi tiết về động cơ servo, các thành phần cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và những lưu ý khi sử dụng động cơ này.
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ servo
Servo Motor bao gồm hai cuộn dây là cuộn dây stato và rôto. Động cơ bao gồm hai ổ trục ở mặt trước và mặt sau để trục chuyển động tự do.
Cuộn dây stato được quấn trên phần đứng yên của động cơ và cuộn dây này còn được gọi là cuộn dây trường của động cơ. Stato đóng vai trò là thỏi nam châm hút từ trường, hỗ trợ động cơ hoạt động. Khi dòng điện được dẫn qua các cuộn dây quấn đặt bên trong lõi thép, nó sẽ tạo ra một lực cảm ứng điện từ để chuyển đổi từ năng lượng điện thành năng lượng cơ học.
Dây quấn rôto được quấn trên phần quay của động cơ và dây quấn này còn được gọi là dây quấn phần ứng của động cơ. Rotor là 1 nam châm vĩnh cửu, là phần chuyển động trong hệ thống điện từ của động cơ điện. Lực tương tác giữa các cuộn dây và các từ trường điện tích tạo ra một mô men xoắn xoay quanh trục quay của Roto.
Bộ mã hóa (Encoder) có nhiệm vụ cảm biến gần đúng để xác định tốc độ quay và vị trí quay của động cơ.
Động cơ Servo như đã giới thiệu ở phần cấu tạo thì nó được tạo nên từ hệ thống vòng khép kín. Tín hiệu đầu ra của Servo sẽ được nối với mạch điều khiển. Khi động cơ quay liên tục, vận tốc và vị trí sẽ hồi tiếp, truyền đến mạch này.
Cách thức hoạt động của động cơ servo mang lại rất nhiều tính linh hoạt, độ chính xác và độ tin cậy với hiệu quả chi phí cao.
Nó có thể hoạt động và giữ vị trí, mô-men xoắn và tốc độ một cách chính xác và chỉ trong một phần của giây. Điều này cho phép thực hiện các hoạt động phức tạp của máy móc, cũng có thể thực hiện các quy trình sản xuất khó và do đó đặc biệt thích hợp cho các giải pháp tự động hóa và robot.
3. Phân loại động cơ Servo
Động cơ Servo được phân thành các loại khác nhau dựa trên ứng dụng của chúng, chẳng hạn như động cơ Servo AC và động cơ Servo DC.
Có ba lưu ý chính để lựa chọn động cơ Servo. Đầu tiên dựa trên dòng điện/điện áp sử dụng của chúng là AC hoặc DC, và thứ hai là loại động cơ có sử dụng chổi than hay không và lưu ý thứ ba thường là trường quay động cơ, rôto, chuyển động quay là đồng bộ hay không đồng bộ.
Xem thêm: Các loại động cơ công nghiệp khác
Động cơ Servo AC hay DC
Xét theo hiệu suất, sự khác biệt cơ bản giữa động cơ AC và DC là ở khả năng kiểm soát tốc độ.
Với động cơ điện một chiều, tốc độ tỷ lệ thuận với điện áp cung cấp với tải không đổi.
Và trong động cơ xoay chiều, tốc độ được xác định bởi tần số của điện áp đặt vào và số cực từ.
Động cơ Servo AC sẽ chịu được dòng điện cao hơn và được sử dụng phổ biến hơn trong các ứng dụng Servo như: với rô bốt, trong dây chuyền sản xuất và các ứng dụng công nghiệp khác đòi hỏi số lần lặp lại cao và độ chính xác cao.
Động cơ Servo có chổi than hay không chổi than
Động cơ Servo DC 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.
Cổ góp là một công tắc điện quay theo chu kỳ đảo chiều dòng điện giữa rôto và mạch truyền động.
Nó bao gồm một hình trụ kim loại được cấu tạo bởi nhiều đoạn tiếp xúc trên rôto. Hai hoặc nhiều tiếp điểm điện được gọi là “chổi than” được làm bằng vật liệu dẫn điện mềm như carbon ép vào cổ góp, tạo ra một tiếp điểm trượt với các đoạn của cổ góp khi nó quay.
Trong khi phần lớn động cơ được sử dụng trong Servo là động cơ AC thiết kế không chổi than; động cơ nam châm vĩnh cửu có chổi than đôi khi được sử dụng làm động cơ Servo vì tính đơn giản và chi phí thấp.
Loại động cơ DC có chổi than phổ biến nhất được sử dụng trong các ứng dụng Servo là động cơ DC nam châm vĩnh cửu.
Động cơ DC không chổi than thay thế chổi than vật lý và cổ góp bằng một linh kiện điện tử để đạt được sự chuyển mạch, thường thông qua việc sử dụng cảm biến Hall hoặc encoder.
Động cơ xoay chiều thường không có chổi than, ngoài ra có một số thiết kế – chẳng hạn như động cơ phổ thông, có thể chạy bằng nguồn AC hoặc DC, có chổi than và có thể chuyển mạch cơ học.
Động cơ Servo đồng bộ hay không đồng bộ
Trong khi động cơ DC thường được phân loại là có chổi than hoặc không chổi than, động cơ AC thường được phân biệt bằng tốc độ quay của trường đồng bộ hoặc không đồng bộ của chúng.
Ở đầu bài viết mình có chia sẻ rằng trong động cơ xoay chiều, tốc độ được xác định bởi tần số của điện áp nguồn và số lượng cực từ.
Tốc độ này được gọi là tốc độ đồng bộ. Do đó, trong động cơ đồng bộ, rôto quay cùng tốc độ với từ trường quay của stato.
Tuy nhiên, trong động cơ không đồng bộ, thường được gọi là động cơ cảm ứng, rôto quay với tốc độ chậm hơn từ trường quay của stato.
Tuy nhiên, tốc độ của động cơ không đồng bộ có thể thay đổi bằng cách sử dụng một số phương pháp điều khiển như thay đổi số cực và thay đổi tần số.
4. Ứng dụng của động cơ servo trong thực tế
Động cơ Servo được ứng dụng rất nhiều trong sản xuất công nghiệp. Tại hầu hết các máy móc, dây chuyền tại các nhà máy chế biến, sản xuất, đóng gói, lắp ráp đều có Servo. Chúng tôi sẽ giới thiệu ứng dụng của nó trong 4 nhóm ngành chính:
- Trong hệ thống điều khiển thiết bị vận chuyển: Ngày nay, khi hầu hết các nhà áy chuyển mình từ sản xuất truyền thống sang kiểu hiện đại, tự động hóa, tinh vi hơn thì thiết bị vận chuyển là một bộ phận không thể thiếu. Servo được lắp đặt để giúp việc di chuyển máy móc, nguyên liệu hay thành phẩm trên hệ thống băng tải, tời.
- Trong ngành sản xuất bao bì, giấy, may mặc công nghiệp: Động cơ Servo sẽ giúp điều khiển tốc độ nhanh chậm của các cuộn bao, cuộn giấy, cuộn vải, chỉ theo nhu cầu cắt, in ấn, dập hình sử dụng, làm việc.
- Trong ngành điện, điện tử: Đây có thể nói là ngành sử dụng Servo nói riêng và các thiết bị tự động hóa nói chung nhiều nhất. Servo AC thường được dùng bởi nó có thể đảm bảo độ chính xác gần như tuyệt đối cùng độ chính xác cao khi cần lắp ráp thiết bị điện tử, các con chip lên bảng mạch.
- Trong ngành sản xuất nhựa: Nếu như trước đây người ta làm cho các vật liệu nhựa chảy ra và đùn vào khuôn để chế tạo bằng hệ thống thủy lực thì nay hệ thống Servo sẽ được lắp trên máy đùn khuôn mẫu với mục đích là tiết kiệm điện năng tối đa.
- Trong ngành sản xuất đồ uống, nước giải khát và thực phẩm: Sử dụng mô tơ Servo trong quy trình sản xuất thực phẩm sẽ đảm bảo an toàn và chất lượng.
- Trong robot: Động cơ servo được sử dụng trong các bộ phận chính của robot như tay robot, khớp và bộ điều khiển chuyển động. Nó giúp robot hoạt động một cách chính xác và linh hoạt, đáp ứng các yêu cầu điều khiển từ xa.
- Trong máy in và máy quét: Động cơ servo được sử dụng để điều khiển chuyển động của đầu in và đầu quét. Điều này giúp đầu in và đầu quét di chuyển một cách chính xác và nhanh chóng trên trục thẳng đứng và ngang.
5. Những lưu ý khi sử dụng động cơ servo
Các thông số kỹ thuật cần chú ý: Khi lựa chọn động cơ servo, cần chú ý đến các thông số kỹ thuật như công suất, tốc độ quay, vận tốc tối đa, tải trọng và độ chính xác.
Quy trình bảo dưỡng và vệ sinh động cơ servo: Để đảm bảo động cơ servo hoạt động tốt và bền bỉ, cần thực hiện các quy trình bảo dưỡng và vệ sinh định kỳ. Các quy trình này bao gồm kiểm tra, bôi trơn, làm sạch và điều chỉnh các bộ phận của động cơ servo.
6. Tổng kết và kết luận
Động cơ servo là một loại động cơ đa dụng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Nó đảm bảo độ chính xác và đáp ứng nhanh các yêu cầu điều khiển.
Bài viết đã cung cấp cho bạn những kiến thức cơ bản về động cơ servo, các thành phần cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và những lưu ý khi sử dụng động cơ này. Nếu bạn đang tìm kiếm một loại động cơ cho ứng dụng của mình, hãy cân nhắc sử dụng động cơ servo để đảm bảo độ chính xác và đáp ứng nhanh các yêu cầu điều khiển.
