Từ servo xuất phát từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là nô lệ. "Động cơ servo" có thể hiểu là động cơ tuyệt đối tuân theo mệnh lệnh 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 mất tín hiệu điều khiển, cánh quạt có thể dừng ngay lập tức.
Động cơ servo là một động cơ siêu nhỏ được sử dụng làm cơ cấu chấp hành trong thiết bị điều khiển tự động, có chức năng chuyển đổi tín hiệu điện thành chuyển vị góc hoặc vận tốc góc của trục quay. Động cơ servo, còn được gọi là động cơ điều hành, được sử dụng làm bộ phận điều hành trong hệ thống điều khiển tự động để chuyển đổi tín hiệu điện nhận được thành đầu ra chuyển vị góc hoặc vận tốc góc trên trục động cơ.
Phân loại động cơ servo
Động cơ servo được chia thành hai loại AC servo và DC servo.
Cấu trúc cơ bản của động cơ AC servo tương tự như cấu trúc của động cơ cảm ứng AC (động cơ không đồng bộ). Hai cuộn dây kích thích Wf và cuộn dây điều khiển WcoWf lệch pha 90 độ trên stato được nối với điện áp xoay chiều không đổi. Mục đích điều khiển hoạt động của động cơ đạt được bằng cách sử dụng sự thay đổi của điện áp xoay chiều hoặc pha đặt vào Wc. Động cơ AC servo có các đặc tính hoạt động ổn định, khả năng điều khiển tốt, phản ứng nhanh, độ nhạy cao và chỉ số phi tuyến nghiêm ngặt của các đặc tính cơ học và đặc tính điều chỉnh (tương ứng nhỏ hơn 10% ~ 15% và nhỏ hơn 15% ~ 25%).
Ưu và nhược điểm của động cơ servo DC
Ưu điểm: điều khiển tốc độ chính xác, đặc tính tốc độ mô-men xoắn rất cứng, nguyên tắc điều khiển đơn giản, dễ sử dụng, giá rẻ.
Nhược điểm: đảo chiều chổi than, giới hạn tốc độ, lực cản bổ sung, các hạt mài mòn (không phù hợp với môi trường nổ không bụi).
Cấu trúc cơ bản của động cơ servo DC tương tự như cấu trúc của động cơ DC nói chung. 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 và 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 thường sử dụng phương pháp điều khiển điện áp phần ứng. Trong động cơ servo DC nam châm vĩnh cửu, cuộn dây trường được thay thế bằng nam châm vĩnh cửu và từ thông φ không đổi. Động cơ servo Dc có các đặc tính điều chỉnh tuyến tính tốt và đáp ứng thời gian nhanh.
Ưu điểm và nhược điểm của động cơ servo AC
Ưu điểm: Đặc tính điều khiển tốc độ tốt, có thể đạt được điều khiển trơn tru trong toàn bộ vùng tốc độ, hầu như không dao động, hiệu suất cao hơn 90%, ít tỏa nhiệt, điều khiển tốc độ cao, điều khiển vị trí chính xác cao (tùy thuộc vào độ chính xác của bộ mã hóa), hoạt động định mức diện tích, có thể đạt được mô-men xoắn không đổi, quán tính thấp, tiếng ồn thấp, không mài mòn chổi than, không cần bảo trì (thích hợp trong môi trường không bụi, dễ nổ).
Nhược điểm: Việc điều khiển phức tạp hơn và các tham số trình điều khiển cần được điều chỉnh tại chỗ để xác định các tham số PID, đòi hỏi nhiều dây hơn.
Động cơ servo Dc được chia thành động cơ không chổi than và không chổi than.
Động cơ chổi than có ưu điểm là chi phí thấp, cấu trúc đơn giản, mô-men xoắn khởi động lớn, phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, điều khiển dễ dàng, không cần bảo trì, nhưng bảo trì thuận tiện (bàn chải carbon), nhiễu điện từ, yêu cầu sử dụng môi trường, thường được sử dụng cho các dịp công nghiệp và dân dụng thông thường nhạy cảm về chi phí.
Động cơ không chổi than khối lượng nhỏ, trọng lượng nhẹ, đáp ứng đầu ra lớn, tốc độ cao, quán tính nhỏ, mô-men xoắn ổn định quay trơn tru, điều khiển phức tạp, thông minh, chế độ chuyển mạch điện tử linh hoạt, chuyển mạch sóng vuông hoặc sóng hình sin, không cần bảo trì động cơ, hiệu quả cao và tiết kiệm năng lượng, bức xạ điện từ, nhiệt độ thấp tăng tuổi thọ cao, phù hợp với mọi loại môi trường.
Động cơ AC servo 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, dải công suất lớn, công suất có thể rất lớn, quán tính lớn, tốc độ cao nhất thấp, tốc độ giảm đều khi tăng công suất, phù hợp với tốc độ thấp và hoạt động trơn tru
Rôto bên trong mô tơ servo là một nam châm vĩnh cửu và trình điều khiển điều khiển 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 của động cơ sẽ gửi tín hiệu phản hồi đến trình điều khiển và so sánh giá trị phản hồi với giá trị đích để điều chỉnh Góc quay của rôto.
Q
Sự khác biệt về hiệu suất giữa động cơ servo AC và động cơ servo DC không chổi than là gì?
A
Hiệu suất động cơ AC servo tốt hơn, bởi vì AC servo là điều khiển hình sin, gợn mô-men xoắn nhỏ; Và servo DC không chổi than là điều khiển sóng hình thang. Nhưng điều khiển servo DC không chổi than đơn giản hơn và rẻ hơn.
Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ truyền động servo AC nam châm vĩnh cửu khiến hệ thống servo DC đối mặt với nguy cơ bị loại bỏ [/p][p= 30,2, left] Từ những năm 1980, với sự phát triển của mạch tích hợp, điện tử công suất công nghệ và công nghệ truyền động biến tốc AC, công nghệ truyền động AC servo nam châm vĩnh cửu đã có những bước phát triển vượt bậc. Các nhà sản xuất điện nổi tiếng đã giới thiệu các sản phẩm loạt động cơ servo và động cơ 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 cuộc khủng hoảng bị loại bỏ.
So với động cơ servo DC, động cơ servo AC nam châm vĩnh cửu có những ưu điểm sau:
(1) Không có chổi than và cổ góp, hoạt động đáng tin cậy hơn, không cần bảo trì.
(2) Sự phát nhiệt của cuộn dây stato giảm đáng kể.
(3) Quán tính nhỏ và hệ thống có phản ứng nhanh tốt.
(4) Điều kiện làm việc tốc độ cao và mô-men xoắn lớn là tốt.
(5) Khối lượng nhỏ và trọng lượng nhẹ dưới cùng một công suất.
nguyên lý động cơ servo
Cấu trúc stato của động cơ AC servo về cơ bản tương tự như cấu trúc của động cơ không đồng bộ pha tách tụ điện. Stator được trang bị hai cuộn dây lệch vị trí 90 độ, một là cuộn dây kích thích Rf, luôn được nối với điện áp xoay chiều Uf; Cái còn lại là cuộn dây điều khiển L, được nối với điện áp tín hiệu điều khiển Uc. Vì vậy, động cơ AC servo còn được gọi là hai động cơ servo.
Rôto của động cơ servo AC thường được làm bằng loại lồng sóc, nhưng để làm cho động cơ servo có dải tốc độ rộng, đặc tính cơ học tuyến tính, không có hiện tượng "quay" và hiệu suất đáp ứng nhanh, so với động cơ thông thường, nó cần phải có điện trở rôto lớn và mômen quán tính của hai đặc tính này nhỏ. Hiện nay, có hai loại kết cấu rôto được sử dụng rộng rãi: một là rôto lồng sóc với 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 làm thon; Cái còn lại được làm bằng rôto cốc rỗng hợp kim nhôm, thành cốc chỉ 0.2-0.3mm, rôto cốc rỗng có mômen quán tính nhỏ, phản ứng nhanh và hoạt động trơn tru nên được sử dụng rộng rãi đã sử dụng.
Khi động cơ AC servo không có điện áp điều khiển, stato chỉ có từ trường xung được tạo ra bởi cuộn dây kích thích và rôto đứng yên. Khi có điện áp điều khiển, stato sẽ tạo ra từ trường quay, rôto dọc theo hướng quay của từ trường quay, trong trường hợp tải không đổi, tốc độ động cơ với độ lớn của điện áp điều khiển thay đổi, khi pha của điện áp điều khiển ngược lại, động cơ servo sẽ đảo ngược.
Mặc dù nguyên lý làm việc của động cơ servo AC tương tự như nguyên lý làm việc của tụ điện chạy động cơ không đồng bộ một pha, nhưng điện trở rôto của loại thứ nhất lớn hơn nhiều so với loại thứ hai. Do đó, so với động cơ không đồng bộ chạy tụ điện, động cơ servo có hai đặc điểm quan trọng:
1. Mô-men xoắn khởi động lớn: do điện trở rôto lớn nên đặc tính mô-men xoắn (đặc tính cơ học) gần với tuyến tính hơn và nó có mô-men xoắn khởi động lớn. Do đó, khi stato có điện áp điều khiển, rôto quay ngay lập tức, nghĩa là nó có đặc tính khởi động nhanh và độ nhạy cao.
2. Dải hoạt động rộng: vận hành êm ái, độ ồn thấp. [/p][p=30, 2, left]3, không có hiện tượng quay: mô tơ servo đang hoạt động, chỉ cần mất điện áp điều khiển, mô tơ sẽ ngừng chạy ngay lập tức.
Ổ đĩa chính xác micro động cơ đặc biệt
"Động cơ vi đặc biệt truyền động chính xác" có thể thực hiện nhanh chóng và chính xác các lệnh thay đổi thường xuyên trong hệ thống, điều khiển cơ chế servo để hoàn thành công việc dự kiến của các lệnh, hầu hết trong số đó có thể đáp ứng các yêu cầu sau:
1. Có thể thường xuyên khởi động, dừng, phanh, đảo chiều và vận hành ở tốc độ thấp, đồng thời có độ bền cơ học cao, cấp chịu nhiệt cao, cấp cách nhiệt cao.
2. Khả năng đáp ứng nhanh tốt, momen xoắn lớn, momen quán tính nhỏ, hằng số thời gian nhỏ.
3. Với ổ đĩa và bộ điều khiển (chẳng hạn như động cơ servo, động cơ bước), hiệu suất điều khiển tốt.
4. Độ tin cậy và độ chính xác cao.
Các loại động cơ vi mô truyền động chính xác và cấu trúc cũng như hiệu suất của chúng được so sánh như sau:
động cơ ac servo
(1) Động cơ servo AC hai pha loại lồng (rôto lồng mảnh, đặc tính cơ học tuyến tính, khối lượng và dòng điện kích thích nhỏ, servo công suất thấp, vận hành tốc độ thấp không trơn tru).
(2) Động cơ AC servo hai pha rôto cốc không từ tính (rôto cốc rỗng, đặc tính cơ học tuyến tính xấp xỉ, dòng kích thích và âm lượng lớn, servo công suất thấp, vận hành trơn tru ở tốc độ thấp).
(3) Động cơ AC servo hai pha rô-to cốc sắt từ (rô-to cốc sắt từ có đặc tính cơ học xấp xỉ tuyến tính, mô-men quán tính rô-to lớn, hiệu ứng rãnh răng nhỏ và vận hành ổn định).
(4) Động cơ servo AC nam châm vĩnh cửu đồng bộ (bao gồm động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, máy đo vận tốc và bộ phận đồng trục phát hiện vị trí, stato là 3 pha hoặc 2 pha, rôto vật liệu từ tính, phải được trang bị bộ điều khiển; dải tốc độ rộng, đặc tính cơ học theo vùng mô-men xoắn không đổi và vùng công suất không đổi, cắm liên tục, hiệu suất tương ứng nhanh là tốt, công suất đầu ra lớn, dao động mô-men xoắn nhỏ; Ổ đĩa sóng vuông và ổ đĩa sóng hình sin hai chiều, hiệu suất điều khiển tốt, cho các sản phẩm tích hợp cơ điện).
(5) Động cơ servo AC ba pha không đồng bộ (tương tự động cơ rôto và lồng không đồng bộ, phải được trang bị trình điều khiển, điều khiển véc tơ, mở rộng phạm vi điều khiển tốc độ công suất không đổi, chủ yếu được sử dụng cho hệ thống điều khiển tốc độ trục chính của máy công cụ).
động cơ servo dc
(1) Động cơ servo DC cuộn dây in (rôto hình đĩa, thép từ tính hình trụ được liên kết dọc trục với stato hình đĩa, mômen quán tính rôto nhỏ, không có hiệu ứng khe, không có hiệu ứng bão hòa, mô-men xoắn đầu ra lớn).
(2) Động cơ servo DC dây quấn (roto hình đĩa và stato được liên kết dọc trục với thép từ tính hình trụ, mô men quán tính của rôto nhỏ, hiệu suất điều khiển tốt hơn các động cơ servo DC khác, hiệu suất cao, mô-men xoắn đầu ra lớn).
(3) Động cơ DC nam châm vĩnh cửu phần ứng kiểu cốc (rôto cốc rỗng, quán tính rôto nhỏ, phù hợp với hệ thống servo chuyển động gia tăng).
(4) động cơ servo DC không chổi than (stator là cuộn dây nhiều pha, rôto là nam châm vĩnh cửu, cảm biến vị trí rôto, không nhiễu tia lửa, 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 tấm đảo chiều, số dây dẫn nối tiếp; mô-men xoắn đầu ra lớn, hoạt động liên tục ở tốc độ thấp hoặc vòng quay bị chặn, đặc tính cơ học và quy định tốt, thời gian điện cơ nhỏ không thay đổi).
(2) Động cơ mô-men xoắn DC không chổi than (tương tự như cấu trúc động cơ servo DC không chổi than, nhưng bằng phẳng, số lượng cực và số rãnh của 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, tiếng ồn thấp).
(3) Động cơ mô-men xoắn AC loại lồng (rôto kiểu lồng, kết cấu phẳng, nhiều rãnh cực hơn, mô-men xoắn khởi động lớn, hằng số thời gian cơ điện nhỏ, có thể chạy trong thời gian dài, đặc tính cơ mềm).
(4) Động cơ mô-men xoắn xoay chiều rôto rắn (rôto rắn vật liệu sắt từ, cấu trúc phẳng, số lượng cực và rãnh, có thể bị chặn trong một thời gian dài, hoạt động trơn tru, đặc tính cơ học mềm).
động cơ bước
(1) Động cơ bước phản ứng (rôto stato được làm bằng tấm thép silic, lõi rôto không có cuộn dây, stato có cuộn dây điều khiển; Góc bước nhỏ, tần số khởi động và chạy cao, độ chính xác Góc bước thấp, không có mô-men xoắn tự khóa).
(2) động cơ bước nam châm vĩnh cửu (roto nam châm vĩnh cửu, cực từ hóa xuyên tâm; Góc bước lớn, tần số khởi động và chạy thấp, mô-men xoắn được duy trì, mức tiêu thụ điện năng nhỏ hơn công thức phản ứng, nhưng tích cực và tiêu cực dòng điện xung phải được cung cấp.
(3) động cơ bước lai (roto nam châm vĩnh cửu, phân cực từ hóa dọc trục; Góc bước có độ chính xác cao, giữ mô-men xoắn, dòng điện đầu vào nhỏ, ưu điểm của cả loại phản ứng và loại nam châm vĩnh cửu).
Động cơ từ trở chuyển đổi (roto cố định được làm bằng tấm thép silicon, loại cực lồi và số cực gần với khoảng cách bước cấu trúc động cơ bước phản ứng tương tự, với cảm biến vị trí rôto, hướng mô-men xoắn không phụ thuộc vào hướng hiện tại, phạm vi tốc độ nhỏ, tiếng ồn lớn, đặc tính cơ theo vùng mô men không đổi, vùng công suất không đổi, vùng đặc tính nối tiếp ba phần).
Động cơ tuyến tính (cấu trúc đơn giản, đường ray dẫn hướng có thể được sử dụng làm dây dẫn thứ cấp, thích hợp cho chuyển động tịnh tiến qua lại; hiệu suất servo tốc độ cao, hệ số công suất và hiệu quả cao, hiệu suất tốc độ không đổi là tuyệt vời).