Servo là gì? Cấu Tạo – Nguyên lý – Ứng dụng của Servo Motor

Servo là gì? Nguyên lý hoạt động của Servo Motor là gì? Đây là câu hỏi thắc mắc của khá nhiều người, đặc biệt là những ai không am hiểu về kỹ thuật. Nếu đã học về ngành cơ khí, chắc rằng các bạn để biết qua động cơ Servo là gì có phải không? Và vẫn có nhiều người vẫn nghĩ là Servo là một thiết bị hoạt động độc lập. Nhưng trên thực tế thì Servo sẽ hoạt động như thế nào? Được ứng dụng ra sao? Ở bài viết này tôi sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn về Servo.

Servo là gì ?

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.

Động cơ servo là một thiết bị điện độc lập, quay các bộ phận của máy với hiệu suất cao và có độ chính xác cao.

Bộ điều khiển là bộ phận quan trọng nhất của Servo.

Động cơ được điều khiển bằng tín hiệu điện, tương tự hoặc kỹ thuật số, xác định lượng chuyển động đại diện cho vị trí lệnh cuối cùng của trục.

Phân loại động cơ Servo

Dựa vào các yêu tố như nguồn điện, tính chất cơ học, phạm vi hoạt động vá cấu tạo cảu Servo mà ta có thể chia chúng thành nhiều chủng loại khác nhau. Ở bài viết này mình sẽ tạm chia chúng thành nhữ phần như sau:

Động cơ Servo AC hay DC

Xét theo hiệu suất thì giữa động cơ AC và DC khác nhau lớn nhất là ở khả năng kiểm soát tốc độ.

AC servo motor

Là loại động cơ cho phép xử lý các dòng điện cao nên thường được sử dụng trong máy móc công nghiệp đặc biệt là các loại máy CNC, máy phay, máy tiện cơ khí, các máy thủy lực,….

DC servo motor

không được thiết kế cho các dòng điện cao và thường phù hợp hơn cho các ứng dụng có dòng điện nhỏ hơn như máy bơm nước, máy nén khí,…. Động cơ DC servo còn được chia làm 2 loại đó là động cơ 1 chiều có chổi than và động cơ 1 chiều không chổi than.

Chọn động cơ DC servo hay AC servo

Nhờ sự phát triển vượt bậc công nghệ điều khiển điện nên hiện nay hầu hết người ta đều sử dụng động cơ AC Servo Motor.

Với động cơ điện một chiều thì tốc độ tỷ lệ thuận với điện áp cung cấp với tải không đổi.

Đối với động cơ xoay chiều, tốc độ được xác định bằng tần số của điện áp đặt vào và số cực từ.

Động cơ Servo AC chịu được dòng điện cao hơn so với DC. Ngoài ra động cơ AC được sử dụng phổ biến hơn trong các ứng dụng Servo như: Trong dây chuyền sản xuất, trong các ứng dụng công nghiệp khác đòi hỏi số lần lặp lại nhiều và độ chính xác cao.

Động cơ Servo có chổi than và không chổi than

Servo DC sẽ được chuyển mạch cơ học với chổi than. Chúng sử dụng cổ góp hoặc điện tử không có chổi than.

Ưu điểm của động cơ có chổi than là ít tốn kém hơn và vận hành đơn giản hơn. Còn ưu điểm của động cơ không chổi than là đáng tin cậy hơn. Ngoài ra hiệu suất cao hơn và vận hành ít ồn hơn.

Loại động cơ DC có chổi than thường được sử dụng phổ biến.

Động cơ DC không chổi than có thể thay thế chổi than vật lý và cổ góp bằng một linh kiện điện tử để đạt được sự chuyển mạch. Và thường sẽ thông qua việc sử dụng cảm biến Hall hoặc encoder.

Động cơ Servo đồng bộ và không đồng bộ

• Trong động cơ đồng bộ thì rôto quay cùng tốc độ với từ trường quay của stato.
• Trong động cơ không đồng bộ thì rôto quay với tốc độ chậm hơn từ trường quay của stato.
• Tốc độ của động cơ không đồng bộ hoàn toàn có thể được thay đổi. Bằng cách sử dụng một số phương pháp điều khiển. Ví dụ như thay đổi số cực và tần số.

Cấu tạo động cơ Servo

Cấu tạo của một động cơ servo tiêu chuẩn

Động cơ DC Servo có cấu tạo như sau:

DC servo motor có chổi than: Loại động cơ này thường bao gồm 4 bộ phận chính đó là  stato, rotor, chổi than cùng với cuộn cảm lõi.

DC servo motor không có chổi than: Có cấu trúc tương đối giống như động cơ có chổi than. Điều khác biệt có bản là các cuộn pha được lắp ở cuộn rotor chính là động cơ vĩnh cửu. Hoạt động vẫn êm và không gây tiếng ồn nên thường được sử dụng nhiều hơn so với dòng động cơ có chổi than.

Động cơ AC Servo có cấu tạo như sau:

Động cơ AC Servo được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp đa phần là loại động cơ 1 chiều không có chổi than. Động cơ Servo có cấu tạo 2 phần chính tương tự với động cơ bước, đó là Rotor và Stator.

Với Rotor của nó là một nam châm vĩnh cửu đem lại từ trường mạnh và Stator cũng là một cuộn dây được cuốn riêng biệt và được cấp nguồn để có thể làm quay Rotor.

Nguyên lý hoạt động của Servo Motor

Nguyên lý hoạt động của động cơ Servo phân theo hai loại đó là Động cơ Servo DC và động cơ Servo AC. Chứng có nguyên lý hoạt động riêng như sau.

Nguyên lý hoạt động của Servo DC

Nguyên lý hoạt động của Servo DC dựa trên cấu tạo của bốn thành phần chính. Đó là động cơ DC, thiết bị cảm biến vị trí, cụm bánh răng và mạch điều khiển.

Tốc độ của động cơ Servo DC dựa trên điện áp được sử dụng.

Để điều khiển tốc độ động cơ, thường sử dụng 1 chiết áp để tạo ra điện áp tương ứng.

Trong một số mạch thì  xung điều khiển được sử dụng để tạo ra điện áp tham chiếu DC tương ứng với một vị trí hoặc tốc độ mong muốn của động cơ. Và nó sẽ được áp dụng cho bộ chuyển đổi điện áp độ rộng xung.

Độ dài của xung quyết định đến điện áp đặt tại bộ khuếch đại. Điều đó để tạo ra một điện áp tương đương với tốc độ hoặc vị trí mong muốn.

Đối với điều khiển kỹ thuật số, PLC hoặc là bộ điều khiển chuyển động khác được sử dụng để tạo xung theo chu kỳ nhiệm vụ nhằm mục đích xây dựng nên những quy trình điều khiển chính xác hơn.

Nguyên lý hoạt động của Servo AC

Nguyên lý hoạt động của động cơ Servo AC dựa trên cấu tạo của hai loại động cơ AC Servo khác nhau là: đồng bộ và không đồng bộ.

Servo xoay chiều đồng bộ bao gồm 2 bộ phận là stato và rôto. Cấu tạo Stato gồm khung hình trụ và lõi stato.

Bộ phận cung cấp dòng điện cho động cơ là cuộn dây phần ứng quấn quanh lõi stato và cuộn dây được nối với dây dẫn qua đó.

Khi trường stato được kích thích với điện áp thì rôto sẽ chạy theo từ trường quay của stato. Và sẽ với cùng tốc độ hoặc đồng bộ với trường kích thích của stato.

Với rôto nam châm vĩnh cửu do không cần dòng điện rôto nên khi trường stato giảm dần và dừng thì rôto cũng vì thế mà dừng lại.

Hầu hết các động cơ cảm ứng sẽ có chứa một phần tử quay, rôto hoặc lồng sóc.

Chỉ có cuộn dây stato là được cấp nguồn xoay chiều.

So sánh Step motor và Servo motor

Sự khác biệt giữa động cơ bước và động cơ servo dựa vào bảng dới đây

Yếu tố	Động cơ bước ( Step motor)	Động cơ servo motor ( Servo motor)
Mạch Driver	Mạch điện đơn giản, người dùng có thể tự chế tạo chúng	Mạch khá phức tạp, người dùng thường phải đặt mua mạch Driver từ nhà sản xuất
Độ nhiễu và rung	Có độ rung lớn	Rung rần rất ít
Tốc độ	Chậm hơn (tối đa là khoảng 1000 2000 RPM)	Nhanh hơn một chút (tối đa khoảng 3000 -5000 RPM)
Hiện tượng trượt bước	Có thể xảy ra trượt bước (Nếu tải quá lớn)	Khó xảy ra trượt bước (Nếu tải được đặt vào tăng)
Phương pháp điều khiển	Vòng hở (không có encoder)	Vòng kín (có encoder)
Giá thành (Động cơ + driver)	Giá thành rẻ	Giá thành khá đắt đỏ nên ít được sử dụng
Độ phân giải	2 pha PM: 7.5° (48 PPR) 2 pha HB: 1.8° (200 PPR) hoặc 0.9° (400 PPR) 5 pha HB: 0.72° (500 PPR) hoặc 0.36° (1000 PPR)	Phụ thuộc vào độ phân giải của encoder. Độ phân giải vào khoảng 0.36° (1000 PPR) – 0.036° (10000 PPR)

Ứng dụng của động cơ servo là gì?

Trên thị trường hiện này chúng ta thường dùng đến loại AC Servo, ứng dụng phổ biến nhất là trong ngành điện điện tử: các máy móc lắp ráp trong một dây chuyền sản xuất thường đòi hỏi tốc độ cao thì động cơ Servo đáp ứng được yêu cầu này.

Đặc biệt là đối với ứng dụng trong ngành gia công cơ khí, hiện nay ngành gia công cơ khí đặc biệt là đối với việc gia công các sản phẩm có độ chính xác cao ví dụ như máy cắt laser hay một số máy cắt khác thì người ta sẽ lựa chọn động cơ Servo thay vì động cơ bước như trước đây. Bên cạnh đó nó còn được ứng dụng rất nhiều trong các loại máy cắt CNC PLasma khác.

Ứng dụng trong dây chuyền như: đóng gói, bao bì, đóng chai, đóng hộp, may mặc, giấy,…Trong việc điều khiển các máy cuộn vải, giấy, bao bì để cắt hoặc in ấn,…

Thiết bị vận chuyển là các linh kiện tuyệt đối không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực, khi các ngành công nghiệp trở nên tinh vi và tự động hóa.

Một trong các ứng dụng điển hình là việc di chuyển các thiết bị trong nhà kho qua hệ thống băng tải. Động cơ servo giúp điều khiển tốc độ nhanh chậm theo mục đích sử dụng.

Ứng dụng về khuôn mẫu đùn trong ngành sản xuất nhựa

Khuôn mẫu được chế tạo theo phương pháp ép đùn là thiết bị gia công các bộ phận nhựa. Vật liệu nhựa được ra nhiệt và tan chảy, sau đó được đùn vào trong khuôn để gia công các bộ phận.

Các khuôn mẫu thông thường chủ yếu sử dụng điều khiển thủy lực, tuy nhiên ngày này càng có nhiều khuôn mẫu sử dụng hệ thống servo để tiết kiệm điện.

Ứng dụng trong ngành điện – điện tử

Máy lắp là thiết bị lắp các linh kiện điện tử ví dụ như các chip LSI lên trên bảng mạch, cần tới tốc độ cao và độ chính xác cao. Các servo AC thỏa mãn yêu cầu này.

Ứng dụng trong ngành sản xuất thực phẩm

Nhu cầu về quy trình thực phẩm chất lượng cao và an toàn hơn ngày càng tăng và vì vậy, động cơ servo thường được sử dụng như là giải pháp cho nhiều lĩnh vực, ngay cả đối với quy trình thực phẩm.

Các hãng sản xuất động cơ servo trên thị trường hiện nay

Chính vì chúng ta không thể nào có một thiết bị công cấp cơ năng khác thay thế cho động cơ servo nên từ rất sớm các hãng sản xuất đã không ngừng cung cấp cho thị trường Việt Nam chúng ta.

Nhiều nhất có thể kể đến các hãng đến từ Nhật Bản với truyền thông sản xuất máy móc lâu đời và rất hiện nay, gần như trong thời gian đầu chúng ta đều cần phải sử dụng đến các loại động cơ đến từ hãng này. Bên cạnh đó thì cũng có nhiều hãng từ các thị trường khác. Một số hãng tiêu biểu mà mình biết đến như:

• Yaskawa – Nhật Bản
• Mitsubishi – Nhật Bản
• Omron – Nhật Bản
• Fuji – Nhật Bản
• ABB – Nhật Bản
• Panasonics – Nhật Bản
• Delta – Đài Loan
• LiteOn – Đài Loan
• Schneider – Pháp
• Siemens – Đức

Trên đây là một số thông tin và kiến thức cơ bản về Servo Motor là gì ?. Hy vọng nó sẽ cần thiết cho những bạn đang cần tìm hiểu. Vì là kiến thức cá nhân và thu thập được trên các trang mạng nên không thể tránh khỏi sai sót, rất mong được sự đóng góp của các bạn để bài viết được hoàn hảo hơn.

Giá động cơ servo khoảng báo nhiêu ?

Giá cả của động cơ servo motor hiện nay đang có giá bán dao động từ 1 vài triệu đến vài chục triệu đồng/ chiếc. Tuy nhiên, giá cả động cơ servo còn tùy thuộc vào tình trạng hàng mới hay cũ, thương hiệu của động cơ cũng như công suất cao hay thấp. Các bạn cần lựa chọn sản phẩm phù hợp tùy theo nhu cầu và túi tiền của mình.

Lời kết !

Trên đây là toàn bộ thông tin về động cơ servo là gì là chuyendoitinhieu.vn muốn chia sẻ tới bạn đọc. Hy vọng bài viết mang tới cho bạn nhiều kiến thức bổ ích về servo là gì!

Bài Viết Tham Khảo: Động cơ bước (Step motor) là gì ?

 

Thông tin liên hệ 

 

Kỹ sư cơ điện tử 

Mr – Trọng

Mobi: 0975 116 329

Website: chuyendoitinhieu.vn