Khái niệm & ứng dụng động cơ Servo / Servo motor

Khái niệm hệ thống Servo

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 (servo motor) 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).

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.

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.

 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.

Sự khác nhau giữa AC Servo và Step motor

Động cơ servo và động cơ bước (step motor) là hai loại động cơ thông dụng dùng để điều khiển góc quay trong những ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, tuy nhiên chúng cũng có nhiều điểm khác biệt nhau như:

Lợi ích khi sử dụng AC servo

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…

So với động cơ AC không đồng bộ thông thường, servo motor mang lại cho người sử dụng những lợi ích cao khi sử dụng:

• Khả năng điều khiển tốc độ, vị trí và mô-men cực kì chính xác.
• Mô-men không đổi trong khoảng tốc độ từ 0 đến tốc độ định mức, do đó servo thường được sử dụng trong một số ứng dụng cần mô-men cao ở tốc độ thấp.
• 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.
• Tốc độ đáp ứng và phản hồi nhanh, quán tính thấp (gần như không có quán tính).
• Hoạt động êm ái, nhẹ, tiết kiệm điện năng (động cơ servo có thể tiết kiệm 5-20% điện năng so với động cơ thường).
• Kích thước và trọng lượng nhỏ hơn, ít bị hư hỏng.

Tuy nhiên khi sử dụng động cơ servo yêu cầu người sử dụng phải có kiến thức về lập trình để có thể sử dụng linh hoạt động cơ servo cho từng ứng dụng thực tế.

Một số 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, hệ thống 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 như:

• Điều khiển cánh tay Robot
• Hệ thống máy CNC
• Ứng dụng máy sản xuất khẩu trang
• Hệ thống dao cắt bay, cắt quay
• Hệ thống máy cắt túi nilon
• Điều khiển hệ thống máy đóng gói
• Ứng dụng trong máy in công nghiệp
• Ứng dụng trong hệ thống vận chuyển và sắp xếp hàng hóa
• Điều khiển các máy chế tạo thiết bị điện tử…