ĐỘNG CƠ SERVO VÀ CÁCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ SERVO

 

Động Cơ Servo Là Gì?

Điều khiển Động cơ servo là một bộ phận truyền động của hệ thống điều khiển chuyển động của các thiết bị máy móc. Nó còn được biết đến với công nghệ Driver Servo tương tự với driver máy tính. Đây cũng là một thiết bị không thể thiếu và quyết định đến chất lượng của một máy cắt CNC.

Phân Loại Động Cơ Servo

Nhìn chung động cơ servo có 2 loại chính là: Động cơ DC Servo và động cơ AC Servo.

AC servo 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 dòng máy cắt plasma cnc chất lượng cao.

Ngoài ra động cơ AC Servo còn được dùng trên hầu hết các dòng máy cắt laser fiber của EMC.

DC servo không được thiết kế cho các dòng điện cao và thường phù hợp hơn cho các ứng dụng nhỏ hơn.

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

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.

Cấu tạo của động cơ Servo.

Động cơ DC Servo.

Động cơ DC có chổi than: gồm 4 cấu tạo chính stato, rotor, chổi than và cuộn cảm lõi.

Ưu điểm: của động cơ DC có chổi than là tương đối dễ điều khiển, giá thành tương đối rẻ.

Nhược điểm: Khi vận hành thương gây ra tiếng ồn, nhiệt độ cao khi vậ hành và quán tính cao khi giảm tốc độ. Để khắc phục được vân đề này thì người ta hay dùng động cơ DC không chổi than.

Động cơ DC không chổi than: Cấu trúc của nó tương đối giống với động cơ có chổi than. Điều khác biệt là các cuộn pha được lắp ở rotor là động cơ vĩnh cữu.

Động cơ AC Servo

Động cơ AC Servo được sử dụng trong các ngành công nghiệp đa phần là động cơ một chiều không chổi than. Động cơ Servo có cấu tạo 2 phần chính giống với động cơ bước là Rotor và Stator.

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

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

Ưu điểm: Điều khiển có tốc độ tốt, và trơn tru hầu như không giao động. Hiệu suất có thể đạt hơn 90%.

Quá trình vận hành tạo ra ít nhiệt với tốc độ cao. Độ chính xác cao (tùy thuộc vào độ chính xác của bộ mã hóa).

Mô-men xoắn, quán tính thấp, tiếng ồn thấp, không có bàn chải mặc.

Nhược điểm: Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ tương đối phức tạp. Giá thành lại khá cao.

Nguyên lý hoạt động động cơ Servo

Động cơ servo được hình thành bởi những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được 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. Khi đó bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác nhất.

Ứng dụng của động cơ Servo

Ứng dụng trong ngành điện điện tử: Các máy móc lắp ráp tường đòi hỏi tốc độ cao thì động cơ Servo đáp ứng được yêu cầu này. Đặc biệt là đối với AC Servo.

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 dòng máy cắt CNC PLasma khác.

Ứng dụng trong ngành may mặc, ngành giấy, bao bì: Trong việc điều khiển các máy cuộn vải, giấy, bao bì để cắt hoặc in ấn…

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

Yaskawa, xuất xứ: Nhật Bản

Mitsubishi, xuất xứ: Nhật Bản

Omron, xuất xứ Nhật Bản

Fuji, xuất xứ: Nhật Bản

ABB, xuất xứ: Nhật Bản

Schneider, xuất xứ: Pháp

Siemens, xuất xứ: Đức

Panasonics, xuất xứ: Nhật Bản

Delta, xuất xứ: Đài Loan

LiteOn, xuất xứ: Đài Loan

CÁCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ SERVO

Chuẩn bị gì để điều khiển được động cơ servo

Để điều khiển động cơ ac servo các bạn phải chuẩn bị kiến thức lập trình về vi xử lý hoặc plc để có thể xuất tín hiệu điều khiển. Bạn nên tham khảo một số cách lập trình liên quan tới analog và phát xung tốc độ cao. Đối với plc các bạn tham khảo những lệnh này trong manual của nhà sản xuất, còn đối với vi xử lý thì nên tham khảo ví dụ hoặc thư viện được chia sẻ ở một số diễn đàn trên mạng.

Khi điều khiển motor ac servo thì dùng plc sẽ dễ dàng hơn do có một số câu lệnh sẵn tuy nhiên việc lập trình PLC sẽ không linh hoạt bằng dùng vi xử lý sử dụng code lập trình kiểu ngôn ngữ C.

Điều khiển motor servo chạy tốc độ

Thường ở chế độ điều khiển tốc độ thì driver cần nhận một điện áp tham chiếu để điều khiển tốc độ của motor, Ví dụ như quy điện điện áp từ 0-10V tương ứng với 0-3000v/phút, có nghĩa là bạn xuất điện áp 4v thì động cơ sẽ quay ở tốc độ 1200v/phút. Đa số các loại servo hiện nay đều sử dụng dạng điện áp 2 cực, có nghĩa là -10 là đi theo chiều ngược, +10 là đi theo chiều thuận nên khi chọn analog để điều khiển động cơ servo các bạn nên chọn loại có 2 cực thuận tiện hơn trong việc lập trình.

Đối với cách điều khiển động cơ servo chạy vận tốc thì bạn có thể không cần phải sử dụng đến vi xử lý hoặc plc mà chỉ cần dùng 1 biến trở chiết áp dạng núm xoay voume để thay đổi tốc độ động cơ kèm 1 công tắc đảo chiều để điều khiển động cơ servo chạy tới hoặc lùi. Đối với một số loại servo điều khiển tới lùi bằng điện áp âm hoặc dương thì các bạn cần sử dụng thêm một số relay phụ để điều khiển động cơ chạy tới lui.

Điều khiển động cơ servo chạy vị trí

Đối với chế độ điều khiển vị trí đa số các loại driver đều nhận xung để chạy những vị trí được tính toán sẵn. Ví dụ motor servo có độ phân giải encoder là 1000 xung/vòng, hộp số điện tử là 1/1 thì bạn phát 1000 xung thì động cơ sẽ quay đúng 1 vòng. Tốc độ quay của motor sẽ phụ thuộc vào tốc độ phát xung của thiết bị điều khiển. Đa phần khi sử dụng mode điều khiển vị trí các bạn nên quan tâm đến hộp số điện tử để làm tròn số thuận tiện cho việc phát xung điều khiển.

Ngoài chân nhận xung thì driver servo còn có chân nhận hướng dùng để quy định chiều quay của motor servo. Cấu trúc chân nhận xung hướng của driver servo thường là dạng nhận xung 5v nên khi kết nối với plc sử dụng ngõ ra 24v thì các bạn lưu ý phải dùng thêm trở 2.2kW để hạn dòng tránh làm hư hỏng chân này.

Để điều khiển được động cơ servo chạy vị trí một cách linh hoạt thì các bạn cần phải đọc thêm tài liệu của nhà sản xuất servo cũng như có tư dư lập trình tốt thiết bị như plc hay vi xử lý thì mới có thể ứng dụng động cơ servo vào máy móc dây chuyền hệ thống được.