Động cơ ac servo là gì? Cấu tạo- ứng dụng và cách chọn servo

Động cơ ac servo là gì? Có cấu tạo như thế nào? được ứng dụng ra sao? và cách chọn chi tiết servo. Mời các bạn cùng Abientan tìm hiểu.

Định nghĩa

Động cơ AC servo là một dạng động cơ điện đồng bộ (nam châm vĩnh cửu) có cấu tạo đặc biệt, được tích hợp encoder hay resolver để gửi tín hiệu vị trí và tốc độ về bộ điều khiển, giúp hình thành chu trình điều khiển vòng kín. Nhờ vậy, nó sẽ đáp ứng được những yêu cầu điều khiển về tốc độ và vị trí cho những máy móc phức tạp.

Servo là từ tiếng Anh có nghĩa là hệ thống điều khiển có phản hồi, hay là một chu trình điều khiển vòng kín, phát âm theo tiếng Việt là “sơ-vô”.

Cấu tạo động cơ servo

Motor servo thường được cấu tạo bởi 3 bộ phận chính.

Rotor( phần quay) được cấu tạo bởi nam châm vĩnh cửu.
Stator( phần tĩnh) được cấu tạo bởi cuộn dây.
Encoder hoặc resolver (cảm biến vận tốc) thường gắn ở đuôi động cơ.

Encoder/Resolver

Encoder là một phần quan trọng của motor servo (loại công suất lớn sẽ dùng resolver để hạn chế nhiễu), có chức năng hồi tiếp tốc độ quay, đặc trưng chính là độ phân giải. Ví dụ, servo có độ phân giải encoder là 2500 xung/vòng, có thể điều khiển motor mỗi bước quay 1/2500 vòng.

Độ phân giải của encoder ảnh hưởng đến sai số của máy móc, với độ phân giải hiện tại dao động từ 2500 đến 2^24 xung trên một vòng. Còn resolver cũng tương tự nhưng có giá thành đắt hơn nên chỉ thường được sử dụng ở loại công suất lớn vì nó hạn chế nhiễu tốt hơn.

Mô-men lực (Torque) của motor servo

Mô-men lực (torque) là khả năng kéo tải của motor theo phương thẳng đứng, đơn vị thường là N.m. Ví dụ: motor có lực 10 N.m có khả năng kéo trực tiếp một vật khoảng 1 kg theo phương thẳng đứng.

Mô-men đặc trưng bởi torque định mức và torque cực đại tức thời. Mô-men và tốc độ thường tỷ lệ nghịch với nhau, có nghĩa là cùng 1 công suất nếu momen càng lớn thì tốc độ định mức sẽ càng chậm. Ví dụ như động cơ servo 1.5kW tốc độ định mức 3000v/phút sẽ có momen thấp hơn so với loại có tốc độ định mức 1500v/phút.

Thông số cơ khí động cơ servo

Các thông số cơ khí của motor AC servo bao gồm:

Đường kính, chiều dài của cốt, cốt có rãnh then để gắn chốt, trên cốt có ren hay không?
Kích thước mặt bích( tròn), khoảng cách lỗ bắt ốc.
Chiều dài tổng thể của động cơ

Việc xác định các kích thước cơ khí quan trọng trong việc thay thế hoặc tính toán liên quan tới làm đồ gá, gắn nhông hay puly.

Thông số cơ khí của motor ac servo — Thông số của motor ac servo

Ưu điểm của AC servo

Nhờ cấu tạo đặc biệt như đã phân tích ở trên mà động cơ AC servo có thể mang lại những lợi ích như sau:

1. Độ chính xác cao

Nhờ lực torque cố định trong dải tốc độ định mức và có tín hiệu phản hồi về tốc độ – vị trí nên động cơ servo được ứng dụng rất nhiều trong các hệ thống máy móc, dây chuyền yêu cầu độ chính xác cao như là:

Hệ máy CNC chấn, đột, dập: Di chuyển các trục x, y, z chính xác.
Cánh tay robot: phối hợp giữa các trục tạo ra chuyển động liên hợp, uyển chuyển.
Dây chuyền chiết rót, đóng gói: Chạy và dừng đúng vị trí.
Máy cắt bao bì: Motor servo dùng cho trục dao cắt để giúp máy có thể cắt theo những vị trí đã được lập trình sẵn trên PLC.

2. Tiết kiệm điện năng

Motor servo có cấu tạo như một động cơ đồng bộ nên hệ số công suất rất cao, có thể lên tới 0.95. Nên khi sử dụng thay thế cho động cơ 3 pha không đồng bộ sẽ giúp tiết kiệm được đáng kể lượng điện năng tiêu thụ. Chính nhờ lợi ích này mà hiện nay động cơ servo được lắp đặt rất nhiều ở những dòng máy ép nhựa đời mới. Máy sẽ được lắp motor servo công suất từ 37 kW kèm driver chạy theo tín hiệu áp suất và lưu lượng của dầu thủy lực.

3. Kích thước nhỏ gọn

Về mặt kích thước thì động cơ servo nhỏ gọn hơn rất nhiều so với động cơ 3 pha thường. Vì vậy mà những loại máy móc yêu cầu kích thước nhỏ gọn thì chúng cũng được sử dụng rất phổ biến. Ví dụ như trong các loại máy móc trong ngành y tế, dược phẩm.

4. Ưu điểm khác

Cấu tạo có ít bộ phận bị mài mòn do cơ khí nên có độ bền cao hơn một số loại dùng chổi than.
Tiếng ồn trong quá trình hoạt động thấp.
Thích hợp sử dụng cho những ứng dụng yêu cầu đảo chiều nhanh tức thời nhờ khả năng đáp ứng tốc độ cao.
Những dòng đời mới sau này có thêm các tính năng dò thông số tự động theo tải giúp việc điều khiển càng thêm chính xác.

Một số dòng servo phổ biến

Yaskawa: Các dòng sgda, sgdb, sgdm, sgdh, sgds, sgdv, sgd7s, có chất lượng và độ bền rất tốt, giá thành khá cao.
Mitsubishi: Các dòng j2, j2s, j3, j4, xuất hiện nhiều trong hệ máy CNC và công cụ nhập khẩu.
Panasonic: Các dòng Minas A, A3, A4, A5, A6, xuất xứ Trung Quốc nên có giá thành cạnh tranh.
Delta: dòng đời cũ A, AB, dòng đời trung: A2, B2, dòng đời mới: A3, B3; giá thành rẻ, độ ổn định chưa cao.

Cách chọn động cơ servo

Khi sử dụng động cơ servo do giá thành tương đối cao nên đòi hỏi chúng ta phải chọn sản phẩm phù hợp với kinh phí mà vẫn đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật.

Tính toán công suất khi lắp mới

Khi lắp mới, phải tính toán chính xác thông số về tải, cơ khí để chọn công suất phù hợp. Tính dư sẽ tốn chi phí cao, tính thiếu không đủ công suất để kéo tải. Đòi hỏi phải có kiến thức tốt về cơ khí và chế tạo máy.

Công thức tính toán tải thực tế phụ thuộc vào cơ cấu cụ thể nên rất khó để có công thức chung. Ví dụ như để chọn motor cho một dao cắt giấy thì cũng phụ thuộc vào độ cứng của giấy, trọng lượng của dao, đường kính trục gắn dao, tốc độ cắt. Khi tính toán công suất cũng nên nhân với hệ số an toàn từ 1.2 đến 1.5 để tránh việc thiếu lực và dự phòng cho việc nếu có thay đổi cơ cấu trong tương lai.

Lời khuyên: khi lắp mới nếu chưa có nhiều kinh nghiệm thì nên chọn mua động cơ servo cũ để tiết kiệm chi phí cũng như là nếu có thay đổi thì cũng được hỗ trợ đổi trả dễ dàng hơn.

Chọn servo để thay thế

Đơn giản nhất là mua đúng mã sản phẩm đang bị hỏng về thay thế thì không cần phải quan tâm tới các vấn đề khác. Hàng đúng mã thì thường 99% là thay thế được, 1% còn lại chỉ nằm ở việc cài đặt lại thông số cho đúng. Trong trường hợp không tìm được hàng đúng mã thì:

Phải dựa theo mã cụ thể của thiết bị cũ để xem thông số sau đó so sánh với mã hàng tương đương. Ví dụ: trong một số trường hợp: nếu mã động cơ là dòng motor servo Yaskawa sigma 7 SGM7J có thể thay thế bằng mã sigma 5 SGMJV.
Quan tâm thêm thông số về kích thước gồm: cốt và mặt bích do liên quan tới lắp đặt.
Việc chọn khác mã thì cũng phải tìm hiểu về sự tương thích của driver và motor. Đặc biệt có hãng khi gắn khác công suất sẽ báo lỗi.

Cách chọn driver động cơ servo

Phải chọn mã driver tương thích với động cơ gồm: tương thích theo dòng sản phẩm và công suất phù hợp. Xác định loại driver cần sử dụng điều khiển bằng xung hay mạng:

Đối với loại nhận xung, cần tìm hiểu về chân nhận xung là dạng vi sai hay transistor.
Đối với loại chạy mạng, xác định driver chạy loại mạng gì (Modbus, Mechatrolink, SScnet, Ethercat, Can-open).
Điện áp nguồn cấp cho driver thường là 24V DC, 90VDC, 110VAC, 220VAC, và 380VAC.

Kết Luận

Động cơ AC servo là thiết bị quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp, đòi hỏi độ chính xác cao và khả năng điều khiển linh hoạt. Việc chọn đúng loại động cơ và driver phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu suất và độ bền của hệ thống.

Trải Nghiệm Nổ Hũ Tại 58win