Kiến thức cơ bản về động cơ servo

Kiến thức cơ bản về động cơ servo

Từ "servo" xuất phát từ tiếng Hy Lạp "nô lệ".“Động cơ servo” có thể hiểu là động cơ tuân thủ tuyệt đối sự điều khiển của tín hiệu điều khiển: trước khi tín hiệu điều khiển được gửi đi, rôto đứng yên;khi tín hiệu điều khiển được gửi đi, rôto sẽ quay ngay lập tức;khi tín hiệu điều khiển biến mất, rôto có thể dừng ngay lập tức.

Động cơ servo là một động cơ vi mô được sử dụng làm bộ truyền động trong thiết bị điều khiển tự động.Chức năng của nó là chuyển đổi tín hiệu điện thành chuyển vị góc hoặc vận tốc góc của trục quay.

Động cơ servo được chia thành hai loại: AC servo và DC servo

Cấu trúc cơ bản của động cơ servo AC tương tự như động cơ cảm ứng AC (động cơ không đồng bộ).Có hai cuộn dây kích thích Wf và cuộn dây điều khiển WcoWf có độ dịch chuyển không gian pha là góc điện 90° trên stato, được nối với điện áp xoay chiều không đổi và sử dụng điện áp xoay chiều hoặc sự thay đổi pha đặt vào Wc để đạt được mục đích điều khiển hoạt động của động cơ.Động cơ servo AC có đặc tính hoạt động ổn định, khả năng điều khiển tốt, phản ứng nhanh, độ nhạy cao và các chỉ số phi tuyến tính nghiêm ngặt về đặc tính cơ học và đặc tính điều chỉnh (yêu cầu nhỏ hơn 10% đến 15% và dưới 15% đến 25% tương ứng).

Cấu trúc cơ bản của động cơ servo DC tương tự như động cơ DC thông thường.Tốc độ động cơ n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j, trong đó E là suất điện động ngược phần ứng, K là hằng số, j là từ thông trên mỗi cực, Ua, Ia là điện áp phần ứng và dòng điện phần ứng, Ra là Điện trở phần ứng, thay đổi Ua hoặc thay đổi φ có thể điều khiển tốc độ của động cơ servo DC, nhưng phương pháp điều khiển điện áp phần ứng thường được sử dụng.Trong động cơ servo DC nam châm vĩnh cửu, cuộn dây kích thích được thay thế bằng nam châm vĩnh cửu và từ thông φ không đổi..Động cơ servo DC có đặc tính điều chỉnh tuyến tính tốt và đáp ứng thời gian nhanh.

Ưu điểm và nhược điểm của động cơ servo DC

Ưu điểm: Kiểm soát tốc độ chính xác, đặc tính mô-men xoắn và tốc độ cứng, nguyên lý điều khiển đơn giản, dễ sử dụng và giá thành rẻ.

Nhược điểm: chuyển mạch bàn chải, hạn chế tốc độ, lực cản bổ sung và các hạt mài mòn (không phù hợp với môi trường không có bụi và dễ nổ)

Ưu điểm và nhược điểm của động cơ AC servo

Ưu điểm: đặc tính điều khiển tốc độ tốt, điều khiển mượt mà trong toàn bộ dải tốc độ, hầu như không dao động, hiệu suất cao trên 90%, sinh nhiệt ít, điều khiển tốc độ cao, điều khiển vị trí có độ chính xác cao (tùy thuộc vào độ chính xác của bộ mã hóa), vùng hoạt động định mức Bên trong, có thể đạt được mô-men xoắn không đổi, quán tính thấp, độ ồn thấp, không mài mòn chổi than, không cần bảo trì (thích hợp với môi trường không có bụi, dễ cháy nổ)

Nhược điểm: Việc điều khiển phức tạp hơn, các tham số truyền động cần được điều chỉnh tại chỗ để xác định các tham số PID và cần nhiều kết nối hơn.

Động cơ servo DC được chia thành động cơ có chổi than và không chổi than

Động cơ chổi than có giá thành thấp, cấu tạo đơn giản, mô men khởi động lớn, phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, dễ điều khiển, cần bảo trì nhưng dễ bảo trì (thay chổi than), tạo nhiễu điện từ, có yêu cầu đối với môi trường sử dụng, và thường được sử dụng cho các dịp công nghiệp và dân dụng thông thường nhạy cảm với chi phí.

Động cơ không chổi than có kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ, công suất cao và phản ứng nhanh, tốc độ cao và quán tính nhỏ, ổn định về mô-men xoắn và quay trơn tru, điều khiển phức tạp, thông minh, linh hoạt trong chế độ chuyển mạch điện tử, có thể chuyển mạch ở dạng sóng vuông hoặc sóng hình sin, động cơ không cần bảo trì, hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng, bức xạ điện từ nhỏ, tăng nhiệt độ thấp và tuổi thọ cao, phù hợp với nhiều môi trường khác nhau.

Động cơ servo AC cũng là động cơ không chổi than, được chia thành động cơ đồng bộ và không đồng bộ.Hiện nay, động cơ đồng bộ thường được sử dụng trong điều khiển chuyển động.Phạm vi công suất lớn, công suất có thể lớn, quán tính lớn, tốc độ tối đa thấp và tốc độ tăng khi tăng công suất.Giảm tốc độ đồng đều, thích hợp cho những dịp chạy tốc độ thấp và trơn tru.

Rôto bên trong động cơ servo là nam châm vĩnh cửu.Người lái điều khiển dòng điện ba pha U/V/W để tạo thành trường điện từ.Rôto quay dưới tác dụng của từ trường này.Đồng thời, bộ mã hóa đi kèm với động cơ sẽ truyền tín hiệu phản hồi về người lái.Các giá trị được so sánh để điều chỉnh góc quay rôto.Độ chính xác của động cơ servo phụ thuộc vào độ chính xác của bộ mã hóa (số dòng).

Động cơ servo là gì?Có bao nhiêu loại?Các đặc điểm làm việc là gì?

Trả lời: Động cơ servo hay còn gọi là động cơ điều hành được sử dụng như một bộ truyền động trong hệ thống điều khiển tự động để chuyển đổi tín hiệu điện nhận được thành chuyển vị góc hoặc đầu ra vận tốc góc trên trục động cơ.

Động cơ servo được chia thành hai loại: Động cơ servo DC và AC.Đặc điểm chính của chúng là không có khả năng tự quay khi điện áp tín hiệu bằng 0 và tốc độ giảm ở tốc độ đồng đều khi mô-men xoắn tăng.

Sự khác biệt về hiệu suất giữa động cơ servo AC và động cơ servo DC không chổi than là gì?

Trả lời: Hiệu suất của động cơ servo AC tốt hơn vì servo AC được điều khiển bởi sóng hình sin và độ gợn mô-men xoắn nhỏ;trong khi servo DC không chổi than được điều khiển bằng sóng hình thang.Nhưng điều khiển servo DC không chổi than tương đối đơn giản và rẻ tiền.

Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ truyền động AC servo nam châm vĩnh cửu đã khiến hệ thống servo DC phải đối mặt với cuộc khủng hoảng bị loại bỏ.Với sự phát triển của công nghệ, công nghệ truyền động AC servo nam châm vĩnh cửu đã đạt được sự phát triển vượt bậc và các nhà sản xuất điện nổi tiếng ở nhiều quốc gia đã liên tục tung ra các loạt động cơ AC servo và bộ truyền động servo mới.Hệ thống servo AC đã trở thành hướng phát triển chính của hệ thống servo hiệu suất cao hiện đại, khiến hệ thống servo DC phải đối mặt với nguy cơ bị loại bỏ.

So với động cơ servo DC, động cơ servo AC nam châm vĩnh cửu có những ưu điểm chính sau:

⑴Không có chổi than và cổ góp, hoạt động sẽ đáng tin cậy hơn và không cần bảo trì.

(2) Nhiệt độ cuộn dây stato giảm đi đáng kể.

⑶ Quán tính nhỏ và hệ thống có phản ứng nhanh tốt.

⑷ Điều kiện làm việc tốc độ cao và mô-men xoắn cao là tốt.

⑸Kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ dưới cùng một công suất.

Nguyên lý động cơ servo

Cấu trúc của stato của động cơ servo AC về cơ bản tương tự như cấu trúc của động cơ không đồng bộ một pha tụ điện.Stator được trang bị hai cuộn dây có độ chênh lệch nhau 90°, một là cuộn dây kích thích Rf, luôn được nối với điện áp xoay chiều Uf;cuộn còn lại là cuộn dây điều khiển L, được nối với điện áp tín hiệu điều khiển Uc.Vì vậy động cơ servo AC còn được gọi là hai động cơ servo.

Rôto của động cơ servo AC thường được chế tạo thành lồng sóc, nhưng để làm cho động cơ servo có dải tốc độ rộng, đặc tính cơ học tuyến tính, không có hiện tượng “tự quay” và hiệu suất phản ứng nhanh, so với động cơ thông thường thì cần có điện trở rôto lớn và mô men quán tính nhỏ.Hiện nay có hai loại cấu trúc rôto được sử dụng rộng rãi: một là rôto lồng sóc với các thanh dẫn có điện trở suất cao làm bằng vật liệu dẫn điện có điện trở suất cao.Để giảm mômen quán tính của rôto, rôto được chế tạo thanh mảnh;cái còn lại là rôto hình cốc rỗng làm bằng hợp kim nhôm, thành cốc chỉ 0,2 -0,3mm, mô men quán tính của rôto hình cốc rỗng nhỏ, phản hồi nhanh và hoạt động ổn định, nên nó được sử dụng rộng rãi.

Khi động cơ servo AC không có điện áp điều khiển, chỉ có từ trường dao động được tạo ra bởi cuộn dây kích thích trong stato và rôto đứng yên.Khi có điện áp điều khiển, từ trường quay được tạo ra trong stato và rôto quay theo hướng của từ trường quay.Khi tải không đổi, tốc độ của động cơ thay đổi theo độ lớn của điện áp điều khiển.Khi ngược pha của điện áp điều khiển, mô tơ servo sẽ bị đảo ngược.

Mặc dù nguyên lý làm việc của động cơ servo AC tương tự như nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ một pha hoạt động bằng tụ điện, nhưng điện trở rôto của động cơ servo trước lớn hơn nhiều so với động cơ sau.Vì vậy, so với động cơ không đồng bộ hoạt động bằng tụ điện, động cơ servo có ba đặc điểm nổi bật:

1. Mô-men xoắn khởi động lớn: Do điện trở rôto lớn, đặc tính mô-men xoắn (đặc tính cơ học) gần tuyến tính hơn và có mô-men xoắn khởi động lớn hơn.Do đó, khi stato có điện áp điều khiển, rôto sẽ quay ngay lập tức, có đặc tính khởi động nhanh và độ nhạy cao.

2. Phạm vi hoạt động rộng: hoạt động ổn định và độ ồn thấp.[/p][p=30, 2, left] 3. Không có hiện tượng tự quay: Nếu mô tơ servo đang hoạt động bị mất điện áp điều khiển, mô tơ sẽ ngừng chạy ngay lập tức.

"Động cơ vi truyền động chính xác" là gì?

“Động cơ vi mô truyền động chính xác” có thể thực hiện nhanh chóng và chính xác các lệnh thay đổi thường xuyên trong hệ thống và điều khiển cơ cấu servo để hoàn thành công việc mà lệnh mong đợi và hầu hết chúng đều có thể đáp ứng các yêu cầu sau:

1. Nó có thể khởi động, dừng, phanh, lùi và chạy ở tốc độ thấp thường xuyên và có độ bền cơ học cao, mức chịu nhiệt cao và mức độ cách nhiệt cao.

2. Khả năng phản ứng nhanh tốt, mô-men xoắn lớn, mô men quán tính nhỏ và hằng số thời gian nhỏ.

3. Với trình điều khiển và bộ điều khiển (như động cơ servo, động cơ bước), hiệu suất điều khiển tốt.

4. Độ tin cậy cao và độ chính xác cao.

Danh mục, cấu tạo và hiệu suất của "động cơ vi truyền động chính xác"

Động cơ servo AC

(1) Động cơ servo AC hai pha loại lồng (rôto loại lồng mảnh, đặc tính cơ học gần như tuyến tính, dòng điện và thể tích kích thích nhỏ, servo công suất thấp, vận hành ở tốc độ thấp không đủ mượt)

(2) Động cơ servo AC hai pha rôto cốc không từ tính (rôto không lõi, đặc tính cơ học gần như tuyến tính, lưu lượng và dòng kích thích lớn, servo công suất nhỏ, vận hành êm ái ở tốc độ thấp)

(3) Động cơ servo AC hai pha có rôto cốc sắt từ (rôto cốc làm bằng vật liệu sắt từ, đặc tính cơ học gần như tuyến tính, mô men quán tính lớn của rôto, hiệu ứng bánh răng nhỏ, vận hành ổn định)

(4) Động cơ servo AC nam châm vĩnh cửu đồng bộ (bộ phận tích hợp đồng trục bao gồm động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, máy đo tốc độ và bộ phận phát hiện vị trí, stato là 3 pha hoặc 2 pha và rôto vật liệu từ tính phải được trang bị một ổ đĩa; phạm vi tốc độ rộng và cơ học. Các đặc tính bao gồm vùng mô-men xoắn không đổi và vùng công suất không đổi, có thể bị khóa liên tục, với hiệu suất phản ứng nhanh tốt, công suất đầu ra lớn và dao động mô-men xoắn nhỏ, có hai chế độ; ổ sóng vuông và ổ sóng hình sin, hiệu suất điều khiển tốt và sản phẩm hóa học tích hợp cơ điện)

(5) Động cơ servo AC ba pha không đồng bộ (rôto tương tự như động cơ không đồng bộ loại lồng và phải được trang bị trình điều khiển. Nó sử dụng điều khiển véc tơ và mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ công suất không đổi. Nó chủ yếu được sử dụng trong hệ thống điều chỉnh tốc độ trục chính của máy công cụ)

Động cơ servo DC

(1) Động cơ servo DC cuộn dây in (rôto đĩa và stato đĩa được liên kết dọc trục bằng thép từ tính hình trụ, mômen quán tính của rôto nhỏ, không có hiệu ứng co ngót, không có hiệu ứng bão hòa và mômen đầu ra lớn)

(2) Động cơ servo DC loại dây quấn dây (rôto đĩa và stato được liên kết dọc trục bằng thép từ tính hình trụ, mômen quán tính của rôto nhỏ, hiệu suất điều khiển tốt hơn các động cơ servo DC khác, hiệu suất cao và mô-men xoắn đầu ra lớn)

(3) Động cơ DC nam châm vĩnh cửu phần ứng dạng cốc (rôto không lõi, mô men quán tính rôto nhỏ, thích hợp cho hệ thống servo chuyển động tăng dần)

(4) Động cơ servo DC không chổi than (stato là cuộn dây nhiều pha, rôto là nam châm vĩnh cửu, có cảm biến vị trí rôto, không có nhiễu tia lửa điện, tuổi thọ cao, độ ồn thấp)

động cơ mô-men xoắn

(1) Động cơ mô-men xoắn DC (cấu trúc phẳng, số cực, số khe, số lượng chuyển mạch, số dây dẫn nối tiếp; mô-men xoắn đầu ra lớn, làm việc liên tục ở tốc độ thấp hoặc bị đình trệ, đặc tính cơ học và điều chỉnh tốt, hằng số thời gian điện cơ nhỏ )

(2) Động cơ mô-men xoắn DC không chổi than (có cấu trúc tương tự động cơ servo DC không chổi than, nhưng phẳng, có nhiều cực, khe và dây dẫn nối tiếp; mô-men xoắn đầu ra lớn, đặc tính cơ học và điều chỉnh tốt, tuổi thọ cao, không có tia lửa, không có tiếng ồn Thấp)

(3) Động cơ mô-men xoắn xoay chiều kiểu lồng sóc (rotor kiểu lồng sóc, cấu trúc phẳng, số lượng cực và khe lớn, mô-men xoắn khởi động lớn, hằng số thời gian cơ điện nhỏ, hoạt động khóa rôto dài hạn và đặc tính cơ học mềm)

(4) Động cơ mômen xoay chiều rôto rắn (rotor đặc làm bằng vật liệu sắt từ, kết cấu phẳng, số cực và khe lớn, rôto khóa dài hạn, vận hành êm, tính chất cơ lý mềm)

động cơ bước

(1) Động cơ bước phản lực (stato và rôto được làm bằng các tấm thép silicon, không có cuộn dây trên lõi rôto và có cuộn dây điều khiển trên stato; góc bước nhỏ, tần số khởi động và chạy cao , độ chính xác của góc bước thấp và không có mô-men xoắn tự khóa)

(2) Động cơ bước nam châm vĩnh cửu (rotor nam châm vĩnh cửu, cực từ hóa hướng tâm; góc bước lớn, tần số khởi động và vận hành thấp, mô-men xoắn giữ và tiêu thụ điện năng nhỏ hơn loại phản ứng, nhưng cần có xung dương và âm)

(3) Động cơ bước lai (rotor nam châm vĩnh cửu, cực từ hóa dọc trục; độ chính xác góc bước cao, mô-men xoắn giữ, dòng điện đầu vào nhỏ, cả nam châm phản kháng và nam châm vĩnh cửu