Sử dụng động cơ Servo cần biết những điều này?

Bạn đã biết về các robot địa hình được sử dụng trong quân sự với mục đích dò bom – mìn điều khiển di chuyển như thế nào? Hay việc cắt kim loại như thế nào và các loại máy tạo hình trong gia công cơ khí với khả năng di chuyển chính xác (phay, tiện, dập)? và cách mà các ăn-ten có thể điều khiển chính xác vị trí theo góc và theo chiều cao?

Động cơ Servo được ứng dụng trong hầu hết các hệ thống vòng kin nơi mà cần đến sử điều khiển chính xác cao trong dân dụng và trong công nghiệp.

Động cơ servo khá giống với động cơ bước nhưng được thêm một bộ phận để kiểm soát độ chính xác trong quá trình di hoạt đông. Hãy tìm hiểu thêm về động cơ bước qua bài viết: Phải hiểu về động cơ bước (Step motor)

Mục lục [Hiển thị]

1/ Động cơ Servo là gì?

Động cơ Servo là một phần của hệ thống vòng kín và nó bao gồm nhiều thành phần như: mạch điều khiển, động cơ serrvo, trục, bộ chiết áp, đĩa răng, bộ khuếch đại, hoặc bộ mã hóa hoặc bộ giải mã.

Động cơ servo là một thiết bị điện độc lập, đây là một thiết bị tạo momen quay với hiệu quả cao và độ chính xác cao. Trục đầu ra của động cơ cơ thể chuyển động quay theo một góc, vị trí và vận tốc đặc thù mà các động cơ thông thường khác không làm được điều này.

Động cơ servo là một có cấu cấu vòng kín với khả năng hồi tiếp tín hiệu vị trí để điều khiển góc quay, tốc độ và vị trí. Có thể hình dung đơn giản đây là một động cơ thông thường và sử dụng bộ sensor để hồi tiếp tính hiệu vị trí về bộ điều khiển.

Động cơ được điều khiển bằng tín hiệu điện, hoặc tín hiệu analog hoặc tín hiệu digital. Encoder như một cảm biến cung cấp tín hiệu hồi tiếp về tốc độ và vị trí về bộ điều khiển. Đây là một mach điện nằm bên trong động cơ thường được trang bị bằng hệ thống bánh răng (đĩa quay).

2/ Phân loại động cơ Servo

Động cơ serco được chia thành các nhóm khác nhau dựa trên ứng dụng của nó: AC servo và DC servo.

Có 3 điều để đánh giá các động cơ servo: Thứ nhất là dòng điện (AC, DC), thứ hai là loại chuyển mạch được sử dụng (động cơ có sử dụng chổi than hay không) và thứ ba là xem xét từ trường quay của động cơ, roto, có đồng bộ hay không đồng bộ.

2.1/ Dòng điện AC – DC

AC hay DC là phân loại cơ bản nhất của động cơ sẽ sử dụng, từ góc nhiều hiệu suất hoạt động, điểm khác nhau giữa động cơ AC hay DC đó là khả năng điều khiển tốc độ quay

• Động cơ DC tốc độ tỉ lệ trực tiếp với điện áp trong điều kiện tải không đổi
• Động cơ AC tốc độ được xác định giựa trên tần số của điện áp và có cặp cực

Khi cả 2 loại động cơ servo AC và DC được sử dụng trong một hệ thống servo, động cơ AC sẽ chịu dòng điện cao hơn và thông thường sử dụng trong các robot, dây chuyển sản xuất và các ứng dụng công nghiệp khác (nơi cần sự lặp lại liên tục và độ chính xác cao).

Một động cơ DC servo có thể là loại sử dụng chổi than hoặc không chổi than. Loại có thổi than có giá thành rẻ hơn và sử dụng đơn giản hơn, trong khi đó loại không có chổi than lại có thiết kế thân thiện hơn, hiện suất cao hơn và tiếng ồn thấp hơn

2.2/ Loại chuyển mạch (đề cập đến việc dùng chổi than hay không)

Bộ chuyển mạch là một công tắc điện quay giúp đảo chuyển dòng điện giữa rotor và mạch kích. Nó bao gồm một hình trụ với nhiều đoạn tiếp điểm kim loại trên rotor. Hai hoặc nhiều tiếp điểm điện được gọi là “chổi than”, được làm từ vật liệu mềm có khả năng dẫn điển như carbon, khi quay nó tạo tiếp xúc trượt với cổ góp.

Trong khi phần lớn các động cơ được sử dụng trong các động cơ AC servo là loại không chổi than, động cơ chổi than nam châm vĩnh cữu đôi khi vẫn được sử dụng với mục đích giảm giá thành và đơn giản hóa.

Động cơ DC không thổi than thay thế chổi than và cổ góp với mục đích hoàn thiện việc chuyển mạch thông qua việc sử dụng bộ cảm biến Hall hoặc Encoder.

2.3/ Đồng bộ hay không đồng bộ

Trong khi động cơ DC được phân loại theo nhóm chổi than hoặc không chổi than, thì AC lại được phân biệt theo động bộ hoặc không đồng bộ.

Nếu xem lại ở phần phân loại theo AC-DC, thì động cơ AC có tốc độ được xác định theo tần số điện áp và và số lượng cặp cực. Tốc độ này là tốc độ đồng bộ. Vì thế, động cơ đồng bộ có tốc độ quay của rotor giống với tốc độ quay của từ trường.

Động cơ không đồng bộ thường được gọi là động cơ điện cảm ứng, tốc độ quay của rotor chậm hơn tốc độ quay của từ trường. Tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ quay bằng thường pháp thay đổi số cặp cực và thay đổi tần số

3/ Nguyên lý hoạt động của động cơ Servo

3.1/ DC servo

Nguyên lý làm việc của động cơ servo DC được xây dựng giựa trên 4 phận chính, động cơ DC, thiết bị cảm biến vị trí, cụm bánh răng và mạch điều khiển. Tốc độ của động cơ DC dựa trên điện áp được áp dụng.

Trong một số mạch, xung điều khiển được sử dụng để tạo ra điện áp tham chiếu DC tương ứng với vị trí hoặc tốc độ mong muốn của động cơ.

Đối với điều khiển kỹ thuật số, PLC hoặc bộ điều khiển chuyển động được sử dụng để tạo xung theo chu kỳ từ đó giúp tạo ra điều khiển chính xác hơn.

Cảm biến tín hiệu phản hồi thường là một chiết áp tạo ra điện áp tương ứng với góc quay tuyệt đối của trục động cơ thông qua cơ cấu bánh răng. Sau đó, giá trị điện áp phản hồi được áp dụng vào của bộ khuếch đại so sánh chênh lệch.

Bộ khuếch đại so sánh điện áp được tạo ra từ vị trí hiện tại của động cơ nhận được từ phản hồi chiết áp và đến vị trí của động cơ tạo ra do chênh lệch điện áp dương hoặc âm.

Điện áp chênh lệch này được áp dụng cho phần ứng của động cơ. Khi chênh lệch tăng sẽ có điện áp đầu ra được áp dụng cho phần ứng động cơ. Miễn là có chênh lệch thì bộ khuếch đại so sánh sẻ khuếch đại điện áp chênh lệch bằng với phần ứng.

Động cơ quay cho đến khi giá trị chênh lệch trở thành số không. Nếu chênh lệch âm thì điện áp phần ứng sẽ đảo ngược và do đó phần ứng quay theo hướng ngược lại.

3.2/ AC servo

Các nguyên lý làm việc của động cơ AC servo dựa trên cấu trúc của hai loại động cơ AC servo riêng biệc: Đồng bộ và không đồng bộ.Động cơ AC servo đồng bộ bao gồm stato và roto. Stator bao gồm một khung hình trụ và lõi stator.

Các cuộn dây cảm ứng xung quanh lõi stato và cuộn dây được nối với một dây dẫn cung cấp dòng điện được cung cấp cho động cơ.

Roto bao gồm một nam châm vĩnh cửu và loại này khác với roto loại cảm ứng không đồng bộ ở chỗ dòng điện trong rôto được tạo ra bởi điện từ và do đó các loại này được gọi là động cơ servo không chổi than.

Khi từ trường stato bị kích thích với điện áp, roto đi theo từ trường quay của stato với cùng tốc độ hoặc được đồng bộ hóa với trường kích thích của stato và đây là nơi xuất phát loại đồng bộ.

Với rôto nam châm vĩnh cửu này, không yêu cầu dòng điện trong roto nên khi trường stato dừng lại thì roto cũng dừng lại. Những động cơ này có hiệu suất cao hơn do không có dòng điện trong roto.

Khi cần biết vị trí của roto đối với stato, bộ mã hóa được đặt trên roto và cung cấp tín hiểu hồi tiếp cho bộ điều khiển động cơ servo.

4/ Ứng dụng của động cơ Servo

Các ứng dụng động cơ Servo được áp dụng trong nhiều hệ thống công nghiệp và thương mại như với robot, trong đó động cơ servo được sử dụng tại mỗi khớp chung của một con robot để thực hiện góc di chuyển chính xác của nó.

Lấy nét tự động của máy ảnh sử dụng mô-tơ servo tích hợp trong máy ảnh để điều chỉnh chính xác vị trí của ống kính để làm sắc nét các hình ảnh ngoài tiêu cự.

Các hệ thống định vị ăng-ten trong đó động cơ servo được sử dụng cho cả định vị góc phương vị và trục độ cao của ăng-ten và kính viễn vọng, như các động cơ được sử dụng bởi Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia.