Động cơ servo, còn được gọi là hệ thống servo hoặc bộ truyền động chính xác, là thiết bị cơ điện đóng vai trò cơ bản trong việc điều khiển chuyển động trong những quy trình tự động hóa công nghiệp. Chúng được phát triển cho mục đích điều chỉnh chính xác vị trí, tốc độ và mô-men xoắn. Động cơ servo mang lại hiệu suất ổn định và phản ứng nhanh, đảm bảo độ chính xác cực cao cũng được thực hiện một cách hiệu quả ngay cả với những hoạt động có yêu cầu cao về điều chỉnh động.

Trong môi trường công nghiệp ngày càng thách thức, động cơ servo là thành phần quan trọng trong điều khiển tự động; nó tạo điều kiện cho các hoạt động được diễn ra một cách an toàn, ổn định và có độ tin cậy cao, ngay cả trong những điều kiện tải thay đổi và chu kỳ sản xuất liên tục.

Hệ thống truyền động servo là gì?

Hệ thống truyền động servo bao gồm một bộ truyền động servo, một động cơ servo và một bộ mã hóa. Bộ truyền động servo điều khiển động cơ servo bằng cách so sánh các giá trị mục tiêu với giá trị phản hồi thực tế từ bộ mã hóa, sau đó điều chỉnh động cơ cho phù hợp. Bộ mã hóa liên tục cung cấp dữ liệu vị trí và tốc độ để điều khiển chuyển động được chính xác.

Các loại động cơ servo

Trong kỹ thuật tự động hóa công nghiệp, việc hiểu rõ các loại động cơ servo có trên thị trường là điều cần thiết nhằm thiết kế những hệ thống điều khiển chuyển động hiệu suất cao, mang lại độ chính xác, ổn định và hiệu quả vận hành. Mỗi loại động cơ servo đều có những đặc điểm riêng đáp ứng các yêu cầu ứng dụng khác nhau, từ các quy trình nhẹ và lặp đi lặp lại, đến các hoạt động cực kỳ phức tạp với yêu cầu cơ học cao. Việc lựa chọn bộ truyền động servo phù hợp ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy và năng suất của toàn bộ hệ thống.

Động cơ aervo AC (dòng điện xoay chiều)

Động cơ servo AC là một động cơ đồng bộ không chổi than, từ hóa vĩnh cửu được thiết kế để hoạt động ở điện áp thấp. Được thiết kế cho môi trường công nghiệp, sản phẩm này hỗ trợ tải trọng cao và chu kỳ hoạt động liên tục, đồng thời cung cấp khả năng kiểm soát mô-men xoắn tuyệt vời. Các động cơ này thường được sử dụng trong máy CNC, cánh tay robot và dây chuyền lắp ráp tự động, nơi đòi hỏi hiệu suất và độ tin cậy cao, ví dụ: EMMT-AS.

Động cơ servo DC (dòng điện một chiều)

Động cơ servo DC là một động cơ đồng bộ không chổi than, từ hóa vĩnh cửu được thiết kế để hoạt động ở điện áp cực thấp (24…48V). Là một loại động cơ DC không chổi than (BLDC hoặc EC), nó cần có bộ truyền động servo điện tử cho việc quản lý thao tác chuyển mạch dòng điện DC. Thiết bị này có khả năng phản ứng nhanh với khả năng kiểm soát vị trí và tốc độ tốt, lý tưởng cho các ứng dụng công suất thấp như robot hạng nhẹ, dụng cụ phòng thí nghiệm và hệ thống định vị đơn giản, ví dụ: EMMT-EC.

Động cơ bước vòng kín

Kết hợp thiết kế của động cơ bước với phản hồi thời gian thực, qua đó loại bỏ được tình trạng mất bước. Lý tưởng cho hệ thống tự động hóa ánh sáng và các hệ thống yêu cầu độ chính xác mà không cần phải trả một chi phí cao cho động cơ servo truyền thống, ví dụ: EMMT-ST và EMMB-ST.

Động cơ servo tuyến tính

Thay vì chuyển động quay, loại động cơ này tạo ra chuyển động thẳng và thực hiện chuyển động này cực kỳ chính xác. Sản phẩm hoàn hảo cho thiết bị kiểm tra, ứng dụng y tế và quy trình công nghiệp yêu cầu dịch chuyển thẳng được kiểm soát.

Ưu điểm

Động cơ servo có nhiều ưu điểm hơn so với động cơ thông thường, khiến chúng trở thành bộ phận thiết yếu trong tự động hóa công nghiệp hiện đại:

Độ chính xác

Chính khả năng đạt được độ chính xác cực cao trong chuyển động và định vị đã khiến động cơ servo trở nên độc đáo. Không giống như những động cơ thông thường hoạt động ở tốc độ không đổi mà không có phản hồi vị trí, động cơ servo sử dụng bộ mã hóa hoặc cảm biến để liên tục theo dõi vị trí chính xác của trục. Thông tin phản hồi này cho phép thực hiện các hiệu chỉnh tức thời, đảm bảo rằng động cơ tạo ra chuyển động với độ chính xác ở mức phần nhỏ của một độ. Đặc tính này rất cần thiết trong các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi độ chính xác cao, chẳng hạn như trong máy CNC, robot và thiết bị tự động hóa.

Điều khiển

Khả năng điều khiển do động cơ servo mang lại là một lợi thế vượt trội so với động cơ thông thường. Chúng có thể kiểm soát chính xác tốc độ, vị trí và mô-men xoắn nhờ cấu trúc tinh vi, cũng như sử dụng các thuật toán tiên tiến trong bộ điều khiển. Trong khi động cơ thông thường chỉ giới hạn ở các thao tác bật/tắt hoặc điều khiển tốc độ cơ bản, động cơ servo có thể được lập trình để thực hiện các nhiệm vụ phức tạp đòi hỏi sự thay đổi tinh tế về tốc độ và vị trí. Điều này khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng cần tính linh hoạt cao, đồng thời khả năng kiểm soát tinh vi.

Phản ứng động

Phản ứng động của động cơ servo là một khía cạnh khác khiến chúng trở nên vượt trội hơn động cơ thông thường. Nhờ hệ thống phản hồi theo thời gian thực và khả năng điều chỉnh tức thời theo lệnh điều khiển, động cơ servo có thể phản ứng nhanh chóng với những thay đổi về tải hoặc điều kiện vận hành. Điều này khiến chúng cực kỳ hiệu quả trong môi trường năng động với điều kiện vận hành thay đổi nhanh chóng, chẳng hạn như trong hệ thống Handling tự động và dây chuyền sản xuất thích ứng. Khả năng phản hồi nhanh chóng các lệnh chính xác và điều chỉnh hoạt động ngay lập tức là rất quan trọng nhằm duy trì hiệu quả và chất lượng trong các quy trình tự động.

Động cơ servo gồm những thành phần nào?

Hệ thống động cơ servo bao gồm một số thành phần chính hoạt động cùng nhau để cung cấp khả năng điều khiển chuyển động chính xác:

Động cơ

Lõi của động cơ servo chính là động cơ, có thể là dòng điện một chiều (DC) hoặc dòng điện xoay chiều (AC), tùy theo ứng dụng cụ thể. Động cơ DC thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn chính xác ở tốc độ thấp, trong khi động cơ AC được ưa chuộng trong các ứng dụng công suất cao và tốc độ cao. Động cơ chuyển đổi năng lượng điện thành chuyển động cơ học và thiết kế của động cơ được tối ưu hóa nhằm phản ứng nhanh cũng như hiệu quả trong các chu kỳ hoạt động thay đổi.

Bộ mã hóa

Bộ mã hóa, hay còn gọi là cảm biến vị trí, là một thành phần quan trọng giúp phân biệt động cơ servo với động cơ thông thường. Thiết bị này đo chính xác vị trí của trục động cơ theo thời gian thực, cung cấp phản hồi liên tục cho bộ điều khiển. Có hai loại mã hóa chính: gia tăng và tuyệt đối. Bộ mã hóa gia tăng cung cấp thông tin về chuyển động của trục, trong khi bộ mã hóa tuyệt đối chỉ ra vị trí chính xác của trục tại bất kỳ thời điểm nào. Phản hồi này rất cần thiết để kiểm soát chuyển động chính xác, cho phép thực hiện các điều chỉnh theo thời gian thực nhằm duy trì hoạt động theo các thông số yêu cầu.

Bộ truyền động servo

Bộ truyền động servo là bộ phận thông minh nằm sau động cơ servo, có chức năng diễn giải các lệnh đầu vào từ hệ thống điều khiển (như PLC hoặc máy tính) và điều chỉnh hoạt động của động cơ dựa trên phản hồi nhận được từ bộ mã hóa. Nó thực hiện các thuật toán điều khiển phức tạp, chẳng hạn như PID (tỷ lệ, tích phân, đạo hàm) để điều chỉnh chính xác tốc độ, vị trí và mô-men xoắn của động cơ. Bộ truyền động servo cũng có thể điều chỉnh hoạt động của động cơ một cách linh hoạt để quản lý các biến thể tải và các điều kiện vận hành khác, đảm bảo hiệu suất được tối ưu hóa, ví dụ: CMMT-AS hoặc CMMT-ST.

Chọn động cơ Servo phù hợp cho ứng dụng của bạn

Việc lựa chọn động cơ servo phù hợp cho ứng dụng của bạn là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và đáng tin cậy. Mỗi ứng dụng đều có những yêu cầu cụ thể và động cơ phải được lựa chọn dựa theo những đặc điểm chuyển động, tải trọng và môi trường mà động cơ sẽ được vận hành.

Phân tích tải

Cần phải hiểu rõ loại chuyển động: chuyển động tuyến tính hay chuyển động quay? Tải trọng nặng hay nhẹ? Hằng số hay biến đổi? Những câu trả lời này rất cần thiết để xác định công suất, mô-men xoắn và độ chính xác cần thiết cho ứng dụng.

Đánh giá độ chính xác và tốc độ mong muốn

Các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao hay định vị cực kỳ chính xác có thể cần động cơ có bộ mã hóa và bộ điều khiển có độ phân giải cao, có khả năng điều chỉnh theo thời gian thực. Tốc độ và độ chính xác phải được cân bằng để đáp ứng các yêu cầu vận hành, mà không ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống.

Kiểm tra khả năng tương thích của hệ thống

Đảm bảo động cơ servo tương thích với bộ điều khiển, giao thức truyền thông (như EtherCAT, PROFINET, v.v.) và nguồn điện. Khả năng tương thích đảm bảo tích hợp dễ dàng hơn và qua đó hoạt động ổn định.

Xem xét môi trường hoạt động

Động cơ phải phù hợp với điều kiện môi trường mà nó sẽ hoạt động, chẳng hạn như tiếp xúc với bụi, độ ẩm, rung động hoặc nhiệt độ khắc nghiệt. Việc lựa chọn một mẫu có mức bảo vệ phù hợp (ví dụ: mức IP) là rất quan trọng để tránh hỏng hóc và kéo dài tuổi thọ của sản phẩm.

Phân tích chi phí-lợi ích

Động cơ mạnh mẽ và chính xác hơn thường có chi phí ban đầu cao hơn, nhưng về lâu dài, chúng có thể mang lại lợi nhuận tốt hơn nhờ tăng năng suất, tiết kiệm năng lượng và giảm thời gian chết. Luôn cân nhắc đến chi phí hoạt động dài hạn khi đánh giá động cơ.

Sử dụng công cụ cấu hình Electric Motion Sizing của chúng tôi để định cỡ hệ thống truyền động điện hoặc cơ điện của bạn một cách nhanh chóng, dễ dàng và chính xác.

Lời kết

Khi tự động hóa trở nên thông minh và thích ứng hơn, động cơ servo nổi lên như một yếu tố quan trọng thúc đẩy quá trình phát triển đó. Sự kết hợp giữa độ chính xác, tốc độ và tính linh hoạt khiến nó trở nên không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Đối với các kỹ sư, nhà tích hợp hệ thống và nhà sản xuất đang tìm kiếm giải pháp điều khiển chuyển động thông minh hơn, vậy nên hiểu vai trò của động cơ servo không chỉ hữu ích mà còn rất cần thiết.