Động cơ Servo là gì? cấu tạo, ứng dụng của Motor Servo

Servo là gì? động cơ servo là gì? AC Servo motor là gì?

Trong kỹ thuật điều khiển, Servo là gọi tắt của động cơ Servo hay motor Servo. Nó là một thiết bị tự động có cảm biến (encoder ) phản hồi để điều chỉnh hành động. Servo 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.

Các loại động cơ Servo phổ biến

Động cơ Servo hiện nay đang được ứng dụng rất nhiều và được phân loại thành 2 loại Servo chính là: động cơ DC Servo và động cơ AC Servo.

• AC Servo là động cơ cho phép xử lý được các dòng điện cao, do đó nó thường được sử dụng trong máy móc công nghiệp.
• DC Servo là động cơ chỉ phù hợp cho các ứng dụng nhỏ, vì nó không xử lý được các dòng điện cao.

Cấu tạo của động cơ Servo motor

Cấu tạo chung của một động cơ Servo bao gồm 2 phần chính là: Rotor và Stator

DC Servo

Động cơ DC Servo được chia làm 2 loại: động cơ 1 chiều có chổi than và động cơ 1 chiều không chổi than.

– DC Servo có chổi than: Rotor, Stator, chổi than và cuộn cảm lõi.

+ Ưu điểm: dễ điều khiển, giá thành tương đối rẻ, kiểm soát tốc độ chính xác, đặc điểm tốc độ mo-men xoắn rất khó.

+ Nhược điểm:

Gây ra tiếng ồn, nhiệt độ cao, có quán tính cao khi vận hành. Chổi than cho giới hạn tốc độ, môi trường không có bụi không thích hợp. Vì thế để khắc phục, người ta thường sử dụng động cơ DC Servo không chổi than.

– DC Servo không chổi than:

Cấu tạo tương tự như động cơ có chổi than. Chỉ khác ở chỗ các cuộn pha lắp ở Rotor là động cơ vĩnh cữu.

AC Servo

Động cơ AC Servo đa số là động cơ 1 chiều không chổi than. Cấu tạo gồm 2 phần chính là Rotor và Stator.

– Rotor là một nam châm vĩnh cửu có từ trường mạnh.

– Stator là một cuộn dây được cuốn riêng biệt, được cấp nguồn để làm quay Rotor.

+ Ưu điểm: điều khiển tốc độ tốt, không dao động, ít nhiệt độ, điều khiển vị trí chính xác (tùy thuộc vào độ chính xác của bộ mã hóa). Tiếng ồn thấp, mo-men xoắn, có quán tính thấp, không có bàn chải mặc, bảo trì miễn phí (đối với môi trường không có bụi, nổ).

+ Nhược điểm: hệ thống điều khiển phức tạp, giá thành cao hơn so với DC Servo.

– Một trong những thành phần cũng tương đối quan trộng của động cơ AC Servo đó là cảm biến hồi tiếp hay còn gọi là Encoder. Bởi vì, đặc trưng cho độ chính xác của AC Servo là độ phân giải cuả Encoder. Ví dụ: động cơ AC Servo có có độ phân giải Encoder 3000 xung/ vòng thì bạn có thể điều khiển motor mỗi bước quay 1/3000 vòng.

Nguyên lý hoạt động của động cơ Servo là gì?

Servo là động cơ được hình thành bởi hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ sẽ nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ vận hành thì vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu chuyển động quay của động cơ bị ngăn cản bởi bất kỳ lý do nào đó. Cơ cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển sẽ tiếp tục điều chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác nhất.

Một số lưu ý cần biết về Servo là gì?

• Khi sử dụng động cơ AC Servo cho một số ứng dụng thì chúng ta nên sử dụng hộp số giảm tốc để tăng lực moment.
• Một điểm quan trọng của AC Servo: có kích thước nhỏ gọn hơn so với động cơ điện 3 pha bình thường. Vì thế động cơ AC Servo được sử dụng nhiều hơn.
• Muốn giảm moment quán tính thì phải giảm đường kính Rotor, nhưng thể tích của động cơ phải được đảm bảo ( về công suất, nhiệt độ). Khi đường kính giảm thì chiều dài phải tăng lên, do đó động cơ Servo sẽ dài hơn các động cơ thông thường. Đây chính là một yếu tố để nhận biết về một động cơ Servo.

Ứng dụng của AC servo

Với nhiều tı́nh năng nổi bật, hiệu suất cao, khả năng điều khiển chính xác vị trí, tốc độ, lực căng, vận hành mạnh mẽ và hoạt động ổn định trong thời gian dài, động cơ AC servo phù hợp với nhiều ứng dụng từ cơ bản, đa năng đến chuyên dụng, hiện đại trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Ứng dụng điều khiển Robot

Hệ thống AC servo với nhiều tính năng điều khiển chính xác vị trí, tốc độ, lực xoắn mang lại hiệu suất làm việc cao, khả năng vận hành mạnh mẽ, hoạt động ổn định phù hợp với hầu hết các bộ điều khiển robot.

Robot xếp bao lên pallet

Hệ thống máy CNC

Với tốc độ phản hồi nhanh, khả năng quá tải lớn và độ chính xác vị trí cao, AC servo giúp nâng cao hiệu suất cho hệ thống CNC trong công nghiệp.

Hệ thống máy CNC

Lợi ích của AC Servo đối với hệ thống CNC:

• Tốc độ đáp ứng cao.
• Khả năng quá tải cao, độ cứng vững chắc giúp thiết bị hoạt động ổn định ngay cả khi ở tốc độ cao hoặc tốc độ thấp, tải nặng.
• Chức năng điều khiển vòng kín toàn phần giúp tăng độ chính xác và độ tin cậy

Ứng dụng máy khẩu trang

Giải pháp điều khiển máy sản xuất khẩu trang y tế, sử dụng PLC, HMI và bộ AC Servo giúp tăng năng suất và hiệu quả máy sản xuất khẩu trang, giải quyết hiệu quả các khó khăn của khách hàng chế tạo máy.

Lợi ích của giải pháp:

• Tốc độ máy cao.
• Đảm bảo khả năng đồng bộ tốc độ giữa các cơ cấu và các khâu trong sản xuất.
• Dễ dàng điều khiển và vận hành, màn hình hiển thị Tiếng Việt.
• Trong ứng dụng máy khẩu trang, nên chọn servo có tích hợp truyền thông CANopen như DA180, DA200, giúp tốc độ truyền dữ liệu nhanh, loại bỏ hoàn toàn tình trạng nhiễu hệ thống do sóng cao tần, tăng năng suất và chất lượng sản phẩm.

Hệ thống dao cắt bay, cắt quay

Cắt bay (cắt đuổi) là ứng dụng phổ biến trong công nghiệp để cắt liên tục sản phẩm theo chiều dài đặt trước theo tốc độ dây chuyền. Giải pháp sử dụng AC Servo Ecam – Flying Shear điều khiển hệ thống dao cắt bay và cắt quay, giúp khách hàng làm chủ công nghệ, loại bỏ những khó khăn và gia tăng lợi nhuận cho doanh nghiệp.

Lợi ích của Servo với hệ thống dao cắt bay:

• Khả năng đồng bộ cao, điều khiển vị trí linh hoạt và chính xác.
• Hệ thống vận hành thông minh, dễ dàng điều chỉnh nhiều chế độ cắt khác nhau, thuận tiện cho việc thay đổi đơn hàng.
• Tối đa năng suất cắt, giảm thời gian dừng máy.
• Khả năng cắt vạch giúp cải thiện sai số cắt, loại bỏ phế phẩm.
• Giảm rung giật, hao mòn cơ khí, dao cắt ngọt và sắc.
• Chất lượng sản phẩm cao, vết cắt sắc cạnh, thẳng, mượt.

Hệ thống máy cắt túi nilon

Hệ thống máy cắt túi được điều khiển thông qua bộ lập trình PLC kết hợp HMI và AC servo, đảm bảo hệ thống máy cắt hoạt động ổn định, cắt chính xác, sản phẩm đều và đẹp. Giải pháp giúp người sử dụng dễ dàng thay đổi tốc độ và chiều dài sản phẩm phù hợp với nhu cầu sản xuất.

Lợi ích của giải pháp:

• Dễ dàng thay đổi tốc độ máy cũng như chiều dài sản phẩm.
• Hệ thống vận hành đơn giản.
• Hệ thống đạt hiệu suất cao.
• Hoạt động êm ái, sản phẩm đều, đẹp và chất lượng cao.
• Động cơ hiệu suất cao, giảm thiểu thời gian bảo trì, bảo dưỡng.

Hệ thống máy đóng gói

Giải pháp điều khiển máy đóng gói sử dụng PLC/HMI và động cơ AC servo giúp tăng 30% hiệu suất vận hành, hệ thống hoạt động ổn định với độ chính xác cao, dễ dàng thay đổi định lượng và kích thước bao bì sản phẩm.

Lợi ích của AC Servo đối với máy đóng gói:

• Các bộ phận hoạt động đồng bộ, êm ái, không bị rung lắc.
• Tốc độ cao, phản hồi tốc độ nhanh với tần số đáp ứng lên đến 2.0kHz.
• Khả năng điều khiển vị trı́, tốc độ và momen chı́nh xác, hệ thống cắt chính xác, sai số cắt dưới 0.5mm, sai số định lượng khoảng 2%.
• Tự động điều chỉnh tốc độ khi phần cơ khí bị bào mòn.
• Dễ dàng lưu thông số và thay đổi kích thước, định lượng sản phẩm.

Ứng dụng máy in

Đối với máy in, để in đẹp, chất lượng cao thì tốc độ dài (m/phút) của trục chính phải đồng bộ với tốc độ vật liệu đi vào. Đồng thời chiều dài bao cần in phải chính xác. Với những tính năng nổi trội, AC Servo có thể giải quyết vấn đề này và được sử dụng trong các máy in như offset, in ống đồng, in flexo, in lụa… trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Lợi ích của AC Servo trong hệ thống máy in:

• Đồng bộ cùng hệ thống trục chính.
• Đưa sản phẩm vào đúng vị trí, giúp in chính xác.
• Tốc độ in cao, sai số thấp, sản phẩm in đẹp, giảm phế phẩm.
• Nâng cao năng suất hệ thống.

Các hãng động cơ servo được ưa chuộng và dùng phổ biến nhất hiện nay

• Trước tiên phải kể đến là Servo Fanuc đây là hãng dùng phổ biến nhất trong các ứng dụng của máy CNC gia công cơ khí, máy ép nhựa, Robot công nghiệp được sản xuất tại Nhật Bản với độ bền rất cao được dùng hầu hết ở các hãng máy CNC nhật bản, Đài Loan, Trung quốc…

• Tiếp theo là Servo hãng Mitsubishi được dùng rất nhiều trong các dây truyền tự động hóa vì dễ điều khiển hơn Fanuc, Ngoài ra Servo Mitsubishi cũng có các dòng chuyên dụng cho máy CNC, máy ép nhựa, Robot công nghiệp

• Tiếp đến là Servo hãng Yaskawa cũng được dùng rất phổ biến chỉ sau Mitsubishi, Yaskawa cũng giống như Mitsubishi cũng có những Model được thiết kế các dạng điều khiển dễ dùng, thông dụng sử dụng trong việc sản xuất các dây truyền tự động hóa và cũng có dong cho máy gia công nhưng ít hơn so với Fanuc và Mitsubishi

• Sau đó là đến Servo hãng Panasonic chủ yếu trong các dây truyền, máy móc sản xuất tại Trung quốc có ưu điểm là rẻ hơn mấy hãng trên. Servo Driver Panasonic có nhà máy sản xuất tại Trung Quốc nên giá cả vô cùng cạnh tranh

• Tiếp theo là Servo Delta cũng là 1 hãng được dùng khá phổ biến tại Việt Nam được sản xuất  tại Đài Loan với ưu điểm giá thành rẻ và đáp ứng được các yếu cầu chính xác nên cũng dùng rất nhiều trong các máy công nghiệp đột dập, dây truyền tự động hóa…

Ưu nhược điểm của động cơ servo

Động cơ servo AC có ưu, nhược điểm gì

Ưu điểm: Điều khiển tốc độ cực tốt, điều khiển một cách trơn tru trên toàn bộ vùng tốc độ, đặc biệt chúng không hề dao động, hiệu suất hoạt động cao hơn 90%. Hơn nữa, loại động cơ này sản sinh ít nhiệt, điều khiển được ở tốc độ cao, điều khiển vị trí có độ chính xác cao (tùy vào độ chính xác tuyệt đối của bộ mã hóa). Hơn nữa, động cơ dùng mô men xoắn, quán tính thấp, đồng thời tiếng ồn thấp, không có bàn chải mặc, với chế độ bảo trì miễn phí áp dụng cho môi trường không có khói bụi, chất dễ gây nổ.

Nhược điểm: Điều khiển động cơ AC sẽ phức tạp hơn, bởi lẽ các thông số ổ đĩa cũng cần phải được điều chỉnh theo các thông số PID chính xác để có thể xác định được nhu cầu kết nối nhiều hơn.

Ưu nhược điểm của động cơ servo DC

Ưu điểm: Kiểm soát được tốc độ chính xác cho máy móc, đặc điểm tốc độ của mô men xoắn cũng rất khó, đồng thời, nguyên tắc điều khiển đơn tương đối giản, dễ sử dụng và giá cả lại rẻ hơn các loại khác.

Nhược điểm: Chổi than của động cơ sẽ giới hạn tốc độ, sức đề kháng bổ sung, do đó dẫn đến các hạt bị mài mòn (do môi trường không có bụi bẩn sẽ không thích hợp)