Nguyên lý hoạt động của động cơ Servo

Cơ bản động cơ Servo

Hãy bắt đầu, với những điều cơ bản về động cơ servo. Động cơ servo là một phần của hệ thống vòng kín và bao gồm một số bộ phận là mạch điều khiển, động cơ servo, trục, chiết áp, bánh răng truyền động, bộ khuếch đại và bộ mã hóa hoặc bộ giải.

Động cơ servo motor là một thiết bị điện khép kín, có thể xoay các bộ phận của máy với hiệu suất cao và độ chính xác cao.

Trục đầu ra của động cơ này có thể được di chuyển đến một góc, vị trí và vận tốc cụ thể mà động cơ thông thường không có.

Động cơ Servo sử dụng một động cơ thông thường và kết hợp nó với một cảm biến để phản hồi vị trí.

Bộ điều khiển là bộ phận quan trọng nhất của Động cơ Servo được thiết kế và sử dụng riêng cho mục đích này.

Động cơ servo là một cơ chế vòng kín kết hợp phản hồi vị trí để kiểm soát tốc độ và vị trí quay hoặc tuyến tính.

Động cơ được điều khiển bằng tín hiệu điện, tương tự hoặc kỹ thuật số, xác định mức độ chuyển động đại diện cho vị trí lệnh cuối cùng cho trục.

Một loại bộ mã hóa đóng vai trò là cảm biến cung cấp phản hồi tốc độ và vị trí. Mạch này được xây dựng ngay bên trong vỏ động cơ thường được lắp hệ thống bánh răng.

Các loại động cơ Servo

Các loại Động cơ Servo được phân loại thành các loại khác nhau dựa trên ứng dụng của chúng, chẳng hạn như động cơ servo AC và động cơ servo DC.

Có ba cân nhắc chính để đánh giá động cơ servo. Đầu tiên dựa trên loại hiện tại của chúng - AC hoặc DC, và thứ hai là loại Giao tiếp được sử dụng, cho dù động cơ sử dụng bàn chải và loại xem xét thứ ba là trường quay động cơ, rôto, cho dù xoay là đồng bộ hay không đồng bộ.

Hãy thảo luận về việc xem xét servo đầu tiên. Xem xét AC hoặc DC là phân loại cơ bản nhất của động cơ dựa trên loại dòng điện sẽ sử dụng.

Nhìn từ góc độ hiệu suất, sự khác biệt chính giữa động cơ AC và DC là ở khả năng điều khiển tốc độ kế thừa.

Với động cơ DC, tốc độ tỷ lệ thuận với điện áp cung cấp với tải không đổi.

Và trong động cơ điện xoay chiều, tốc độ được xác định bởi tần số của điện áp đặt vào và số cực từ.

Mặc dù cả động cơ AC và DC được sử dụng trong các hệ thống servo, động cơ AC sẽ chịu được dòng điện cao hơn và được sử dụng phổ biến hơn trong các ứng dụng servo như với robot, sản xuất nội tuyến và các ứng dụng công nghiệp khác, trong đó yêu cầu độ lặp lại cao và độ chính xác cao.

Chải hoặc không chổi than là bước tiếp theo. Động cơ DC Servo được giao hoán cơ học với bàn chải, sử dụng cổ góp hoặc điện tử không có bàn chải.

Động cơ chải thường ít tốn kém và hoạt động đơn giản hơn, trong khi thiết kế không chổi than đáng tin cậy hơn, hiệu quả cao hơn và ít ồn hơn.

Cổ góp là một công tắc điện quay định kỳ đảo ngược hướng hiện tại giữa rôto và mạch truyền động.

Nó bao gồm một hình trụ bao gồm nhiều đoạn tiếp xúc kim loại trên rôto. Hai hoặc nhiều tiếp điểm điện được gọi là chổi cọp Được làm bằng vật liệu dẫn điện mềm như máy ép carbon chống lại cổ góp, tạo ra một tiếp xúc trượt với các phân khúc của cổ góp khi nó quay.

Trong khi phần lớn các động cơ được sử dụng trong các hệ thống servo là thiết kế không chổi than AC, động cơ nam châm vĩnh cửu được chải đôi khi được sử dụng làm động cơ servo vì đơn giản và chi phí thấp.

Loại động cơ DC được chải phổ biến nhất được sử dụng trong các ứng dụng servo là động cơ DC nam châm vĩnh cửu.

Động cơ DC không chổi than thay thế bàn chải vật lý và cổ góp bằng một phương tiện điện tử để đạt được giao hoán, thường là thông qua việc sử dụng cảm biến hiệu ứng Hall hoặc bộ mã hóa.

Động cơ AC thường không chổi than, mặc dù có một số thiết kế như động cơ vạn năng, có thể chạy bằng nguồn AC hoặc DC, có chổi than và được giao hoán cơ học.

Và phân loại cuối cùng cần xem xét là ứng dụng mô tơ servo sẽ sử dụng trường quay đồng bộ hay không đồng bộ.

Trong khi các động cơ DC thường được phân loại là chải hoặc không chổi than, động cơ AC thường được phân biệt bởi tốc độ của trường đồng bộ hoặc không đồng bộ quay của chúng.

Nếu chúng ta nhớ lại từ việc xem xét AC-DC, thì trong động cơ AC, tốc độ được xác định bởi tần số của điện áp cung cấp và số cực từ.

Tốc độ này được gọi là tốc độ đồng bộ. Do đó, trong một động cơ đồng bộ, rôto quay cùng tốc độ với từ trường quay của stato.

Tuy nhiên, trong một động cơ không đồng bộ, thường được gọi là động cơ cảm ứng, rôto quay với tốc độ chậm hơn từ trường quay của stato.

Tuy nhiên, tốc độ của động cơ không đồng bộ có thể được thay đổi bằng cách sử dụng một số phương pháp điều khiển như thay đổi số cực và thay đổi tần số chỉ để đặt tên cho một cặp.

Nguyên lý làm việc của động cơ servo DC là xây dựng bốn bộ phận chính, động cơ DC, thiết bị cảm biến vị trí, cụm bánh răng và mạch điều khiển.

Tốc độ mong muốn của động cơ DC dựa trên điện áp được áp dụng.

Để kiểm soát tốc độ động cơ, một chiết áp tạo ra một điện áp được sử dụng như một trong những đầu vào cho bộ khuếch đại lỗi.

Trong một số mạch, xung điều khiển được sử dụng để tạo ra điện áp tham chiếu DC tương ứng với vị trí hoặc tốc độ mong muốn của động cơ và nó được áp dụng cho bộ biến đổi điện áp chiều rộng xung.

Độ dài của xung quyết định điện áp đặt tại bộ khuếch đại lỗi là điện áp mong muốn để tạo ra tốc độ hoặc vị trí mong muốn.

Đối với điều khiển kỹ thuật số, PLC hoặc bộ điều khiển chuyển động khác được sử dụng để tạo xung theo chu kỳ nhiệm vụ để tạo ra điều khiển chính xác hơn.

Cảm biến tín hiệu phản hồi thường là một chiết áp tạo ra điện áp tương ứng với góc tuyệt đối của trục động cơ thông qua cơ cấu bánh răng. Sau đó, giá trị điện áp phản hồi được áp dụng ở đầu vào của bộ khuếch đại so sánh lỗi.

Bộ khuếch đại so sánh điện áp được tạo ra từ vị trí hiện tại của động cơ do phản hồi chiết áp và đến vị trí mong muốn của động cơ tạo ra lỗi điện áp dương hoặc âm.

Điện áp lỗi này được áp dụng cho phần ứng của động cơ. Khi lỗi tăng, điện áp đầu ra được áp dụng cho phần ứng động cơ. Miễn là có lỗi, bộ khuếch đại so sánh khuếch đại điện áp lỗi và cấp nguồn tương ứng cho phần ứng.

Động cơ quay cho đến khi lỗi trở thành số không. Nếu sai số âm, điện áp phần ứng sẽ đảo ngược và do đó phần ứng quay theo hướng ngược lại.

Các nguyên lý làm việc của động cơ AC servo dựa trên cấu trúc với hai loại động cơ AC servo khác nhau, chúng là đồng bộ và không đồng bộ (cảm ứng).

Động cơ AC servo đồng bộ bao gồm stato và rôto. Stator bao gồm một khung hình trụ và lõi stator.

Các cuộn dây phần ứng xung quanh lõi stato và cuộn dây được nối với một dây dẫn thông qua đó dòng điện được cung cấp cho động cơ.

Rôto bao gồm một nam châm vĩnh cửu và nó khác với rôto loại cảm ứng không đồng bộ ở chỗ dòng điện trong rôto được tạo ra bởi điện từ và do đó những loại này được gọi là động cơ servo không chổi than.

Khi trường stato bị kích thích với điện áp, rôto đi theo từ trường quay của stato với cùng tốc độ hoặc được đồng bộ hóa với trường kích thích của stato và đây là nơi xuất phát loại đồng bộ.

Với rôto nam châm vĩnh cửu này, không yêu cầu dòng rôto nên khi trường stato làm mờ và dừng lại, rôto cũng dừng lại. Những động cơ này có hiệu suất cao hơn do không có dòng rôto.

Khi cần đặt vị trí của rôto đối với stato, bộ mã hóa được đặt trên rôto và cung cấp phản hồi cho bộ điều khiển động cơ servo.

Stator động cơ AC servo không đồng bộ hoặc cảm ứng bao gồm lõi stator, cuộn dây phần ứng và dây dẫn  và rôto bao gồm trục và cuộn dây lõi rôto.

Hầu hết các động cơ cảm ứng có chứa một yếu tố quay, cánh quạt hoặc lồng sóc.

Chỉ cuộn dây stato được cung cấp với nguồn cung cấp AC.

Trường thông lượng xen kẽ được tạo ra xung quanh cuộn dây stato với nguồn cung cấp AC. Trường thông lượng xen kẽ này xoay với tốc độ đồng bộ.

Từ thông quay được gọi là từ trường quay (RMF). Tốc độ tương đối giữa từ trường quay stato và dây dẫn rôto gây ra một lực điện từ cảm ứng trong dây dẫn rôto theo định luật cảm ứng điện từ của Faraday. Đây là hành động tương tự xảy ra trong máy biến thế.

Bây giờ, dòng điện cảm ứng trong rôto cũng sẽ tạo ra một từ thông xoay chiều xung quanh chính nó. Thông lượng cánh quạt này tụt lại phía sau từ thông stato.

Vận tốc của rôto có liên quan giữa trường từ thông của stato quay và rôto quay cùng hướng với từ thông của stato.

Rôto không thành công trong việc bắt kịp tốc độ từ thông của stato hoặc không được đồng bộ hóa, do đó xuất phát từ loại không đồng bộ.