Cấu Tạo, Nguyên Lý Hoạt Động Của Motor Servo, So Sánh Motor Servo Với Motor Bước

Động cơ servo motor là một loại động cơ thông dụng, được dùng nhiều trong lĩnh vực gia công cơ khí hiện nay động cơ bước như trước đây. Đặc biệt, servo được dùng nhiều trong việc gia công các sản phẩm công nghiệp yêu cầu phải có độ chính xác cao, chẳng hạn như máy cắt laser.

1. Khái niệm động cơ servo là gì?

Động cơ servo hay còn gọi là servo motor là một loại động cơ máy móc chuyên dùng để cung cấp cơ năng cho một số thiết bị, dây chuyền hay cơ cấu hoạt động nào đó trong quy trình sản xuất và chế tạo. Chúng đóng vai trò là đầu tàu cung cấp lực kéo, giúp cho các dây chuyền hay các cơ cấu động cơ khác hoạt động theo. 

Servo motor là một loại động cơ máy móc chuyên dùng để cung cấp cơ năng

Thiết bị này thường sử dụng từ trường để biến đổi điện năng thành cơ năng dưới dạng xoay nhằm mục đích kéo tải. Có thể gọi đây là một thiết bị độc lập bởi vì khi động cơ không có tải chúng vẫn hoạt động như bình thường, tuy rằng quá trình hoạt động đó không đem lại lợi ích gì cả.

Động cơ servo bắt buộc phải được kết nối với một cơ cấu truyền động cơ khí nào đó để cung cấp cơ năng cho máy móc thông qua chuyển động quay liên tục của mình. Do đó, servo motor chỉ có giá trị khi chúng được kết nối với các thiết bị, cơ cấu động cơ khác bằng hệ thống truyền, đai, xích hay bơm,…

2. Cấu tạo động cơ servo có gì đặc biệt?

Động cơ DC Servo gồm có 2 loại:

• DC Servo Motor loại có chổi than: Đây là loại động cơ bao gồm 4 bộ phận chủ yếu, đó là  chổi than, stato, rotor và cuộn cảm lõi.

Chi tiết cấu tạo động cơ servo motor

• DC servo motor loại không có chổi than: Loại động cơ này có cấu trúc tương đối giống với loại động cơ có chổi than. Điều khác biệt là các cuộn dây pha được lắp ở rotor chính là động cơ vĩnh cửu. Chúng hoạt động êm và đặc biệt không gây tiếng ồn nên thường được sử dụng rộng rãi và phổ biến hơn so với dòng servo có chổi than.

Động cơ dạng AC servo: Đây là loại động cơ servo được sử dụng trong các ngành công nghiệp, phần lớn là động cơ một chiều không có chổi than. 

Động cơ servo thông thường có cấu tạo 2 phần chính tương tự như động cơ bước, đó là rotor và stator. Trong đó rotor là một nam châm vĩnh cửu đem lại từ trường mạnh và stator lại chính là một cuộn dây được cuốn lại riêng biệt, được cấp nguồn điện để có thể làm quay rotor.

Các loại động cơ servo được sử dụng trong ngành công nghiệp

3. Nguyên lý hoạt động của motor servo

Rotor của động cơ servo motor chính là một nam châm vĩnh cửu. Động cơ này có từ trường mạnh, đồng thời stator của động cơ còn được cuốn vào các cuộn dây riêng biệt, được cấp nguồn điện để hoạt động theo một trình tự thích hợp, từ đó sẽ làm quay rotor. Nếu thời điểm mà dòng điện cấp tới cho các cuộn dây là chuẩn xác thì khi đó chuyển động quay của roto sẽ phụ thuộc vào tần số và pha của dòng điện, mặt khác, phân cực và dòng điện sẽ chạy trong cuộn dây stator.

Động cơ servo được tạo nên bởi những hệ thống hồi tiếp vòng khép kín và tín hiệu đầu ra của động cơ, chúng sẽ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay thì vận tốc và vị trí của chúng sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. 

Khi đó, cho dù bất kỳ tác nhân nào muốn ngăn cản chuyển động quay của động cơ thì cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận được tín hiệu cho thấy chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển sẽ tiếp tục chỉnh sai lệch, điều này khiến cho động cơ đạt được vị trí chính xác nhất của bộ điều khiển servo.

4. Ứng dụng của động cơ servo

Trên thị trường hiện nay, người thường sử dụng các loại động cơ AC Servo, ứng dụng phổ biến nhất là trong lĩnh vực điện và điện tử. Khi các máy móc được lắp ráp trong một dây chuyền sản xuất đòi hỏi phải có tốc độ cao thì động cơ Servo đáp ứng được tốt nhất yêu cầu này. Cụ thể: 

• Ứng dụng động cơ Servo trong điều khiển vận chuyển: Thiết bị vận chuyển vốn là các linh kiện cực kỳ quan trọng trong nhiều lĩnh vực, khi đó các ngành công nghiệp cũng trở nên tinh vi, hiện đại và tự động hóa. Chẳng hạn, việc di chuyển các thiết bị, máy móc trong nhà kho thông qua hệ thống băng tải. Động cơ servo sẽ giúp điều khiển tốc độ nhanh hay chậm tùy theo mục đích sử dụng.
• Ứng dụng động cơ Servo về khuôn mẫu đùn trong lĩnh vực sản xuất nhựa: Khuôn mẫu đùn được chế tạo bằng phương pháp ép đùn. Đây là thiết bị gia công tạo nên các bộ phận nhựa. Vật liệu nhựa tạo ra nhiệt và tan chảy, sau đó được đùn vào trong 1 chiếc khuôn để gia công các bộ phận còn lại.  Các khuôn mẫu thông thường được sử dụng thiết bị điều khiển thủy lực, tuy nhiên ngày nay càng có nhiều khuôn mẫu chuyển sang sử dụng hệ thống điều khiển servo để tiết kiệm điện hơn.

Ứng dụng động cơ Servo về khuôn mẫu đùn trong lĩnh vực sản xuất nhựa

• Ứng dụng động cơ Servo trong ngành điện – điện tử: Máy lắp chính là thiết bị lắp các linh kiện điện tử, chẳng hạn như các chip LSI lên trên bảng mạch, cần đạt đené tốc độ cao và độ chính xác tuyệt đối. Và các servo AC sẽ thỏa mãn được yêu cầu này.
• Ứng dụng động cơ Servo trong ngành sản xuất thực phẩm: Nhu cầu về thực phẩm sạch, chất lượng cao và an toàn hơn cho người tiêu dùng ngày càng tăng. Vì vậy, động cơ servo thường được xem như là giải pháp tối ưu cho nhiều lĩnh vực, ngay cả đối với quy trình sản xuất thực phẩm.

5. Các loại động cơ servo phổ biến trên thị trường hiện nay

Hiện nay, có 2 loại động cơ servo phổ biến nhất là DC Servo motor và AC Servo motor. Cụ thể:

• AC servo motor là loại động cơ đặc biệt, cho phép xử lý các dòng điện cao thế, cho nên nó thường được sử dụng trong việc sản xuất máy móc công nghiệp, đặc biệt là các loại máy cắt CNC, máy phay, máy mài, máy tiện cơ khí hay các loại máy thủy lực,…
• DC servo motor được thiết kế dành cho các ứng dụng động cơ có dòng điện nhỏ hơn, chẳng như máy bơm nước, máy nén khí,…. Động cơ DC servo còn được chia làm 2 loại nhỏ hơn, đó là động cơ 1 chiều có dùng chổi than và động cơ 1 chiều không sử dụng chổi than.

Nhờ sự phát triển vượt bậc của ngành công nghệ điều khiển điện. Cho nên hiện nay trong sản xuất, hầu hết người ta đều tin tưởng sử dụng loại động cơ AC Servo Motor.

6. Ưu nhược điểm của động cơ servo

6.1. Động cơ servo AC có ưu, nhược điểm gì?

Ưu điểm: Điều khiển tốc độ cực tốt, điều khiển một cách trơn tru trên toàn bộ vùng tốc độ, đặc biệt chúng không hề dao động, hiệu suất hoạt động cao hơn 90%. Hơn nữa, loại động cơ này sản sinh ít nhiệt, điều khiển được ở tốc độ cao, điều khiển vị trí có độ chính xác cao (tùy vào độ chính xác tuyệt đối của bộ mã hóa). Hơn nữa, động cơ dùng mô men xoắn, quán tính thấp, đồng thời tiếng ồn thấp, không có bàn chải mặc, với chế độ bảo trì miễn phí áp dụng cho môi trường không có khói bụi, chất dễ gây nổ.

Nhược điểm: Điều khiển động cơ AC sẽ phức tạp hơn, bởi lẽ các thông số ổ đĩa cũng cần phải được điều chỉnh theo các thông số PID chính xác để có thể xác định được nhu cầu kết nối nhiều hơn.

6.2. Ưu nhược điểm của động cơ servo DC

Ưu điểm: Kiểm soát được tốc độ chính xác cho máy móc, đặc điểm tốc độ của mô men xoắn cũng rất khó, đồng thời, nguyên tắc điều khiển đơn tương đối giản, dễ sử dụng và giá cả lại rẻ hơn các loại khác.

Nhược điểm: Chổi than của động cơ sẽ giới hạn tốc độ, sức đề kháng bổ sung, do đó dẫn đến các hạt bị mài mòn (do môi trường không có bụi bẩn sẽ không thích hợp)

7. Giá động cơ servo hiện nay là bao nhiêu?

Giá cả của động cơ servo motor hiện nay có giá dao động từ vài triệu đến vài chục triệu. Tuy nhiên, giá cả động cơ còn tùy thuộc vào tình trạng mới hay cũ, thương hiệu động cơ cũng như công suất. Giá cả của động cơ không chỉ phụ thuộc vào những yếu tố ở trên mà còn tùy thuộc vào số lượng hàng này bạn đang có nhu cầu nhiều hay ít.

8. So sánh động cơ bước và động cơ servo

Động cơ bước và động cơ servo là hai loại động cơ thông dụng nhất hiện nay để điều khiển chính xác góc quay của máy. Hai động cơ này thường sử dụng cho các máy CNC, máy cắt plasma CNC hay máy cắt laser fiber,... Cả hai loại động cơ này đều có những ưu - khuyết điểm riêng. 

Việc lựa chọn sử dụng loại động cơ nào còn tùy thuộc vào từng lĩnh vực cụ thể. Dưới đây là bảng so sánh chi tiết, cụ thể giữa 2 loại động cơ: 

Kết luận

Trên đây là một số thông tin về cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như ứng dụng của động cơ servo motor. Hy vọng những thông tin trên sẽ cần thiết cho những bạn đang có nhu cầu mua động cơ cho quy trình sản xuất của mình. Còn chần chừ gì nữa, hãy mua và trải nghiệm động cơ servo motor ngay hôm nay!