Động cơ Servo là gì? Nguyên lý hoạt động của Servo ra sao

Mục lục

1. Định nghĩa về servo là gì?

1.1. Khái niệm về servo

Một servo hay còn gọi là động cơ servo, là một cơ chế đơn giản mà bổ sung thêm phong trào cho bất kỳ dự án điện tử. Động cơ hữu ích này, ban đầu được tìm thấy trong ô tô và máy bay điều khiển từ xa, rất phổ biến do dễ dàng điều khiển chính xác chuyển động của nó. Nó còn được xem như là một driver trong máy tính khi sử dụng công nghệ Driver Servo.

1.2. Cấu tạo

Cấu tạo của một servo điển hình bao gồm động cơ DC, hộp số, chiết áp, mạch tích hợp (IC) và trục đầu ra. Vị trí servo mong muốn được đưa vào và đến dưới dạng tín hiệu được mã hóa tới IC. IC điều khiển động cơ đi, truyền năng lượng của động cơ thông qua các bánh răng đặt tốc độ và hướng chuyển động mong muốn cho đến khi tín hiệu từ chiết áp cung cấp phản hồi rằng đã đến vị trí mong muốn và IC dừng động cơ.

Chiết áp làm cho chuyển động được điều khiển có thể thực hiện được bằng cách chuyển tiếp vị trí hiện tại đồng thời cho phép hiệu chỉnh từ các lực bên ngoài tác động lên bề mặt điều khiển: Khi bề mặt được di chuyển, chiết áp cung cấp tín hiệu về vị trí và IC báo hiệu chuyển động cơ cần thiết cho đến khi lấy lại vị trí chính xác.

Sự kết hợp giữa động cơ servo và động cơ điện nhiều hộp số có thể được tổ chức cùng nhau để thực hiện các nhiệm vụ phức tạp hơn trong nhiều loại hệ thống khác nhau bao gồm rô bốt, xe cộ, sản xuất và mạng cảm biến và cơ cấu truyền động không dây (WSAN).

2. Các loại động cơ servo phổ biến

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

Có ba tiêu chí chính để đánh giá động cơ servo. Đầu tiên dựa trên tính năng hiện tại của chúng sẽ phân ra làm AC hoặc DC, thứ hai là  dựa trên khả năng chuyển đổi được sử dụng, động cơ có sử dụng chổi than hay không và tiêu chí thứ ba là dựa trên roto,trường quay động cơ, cho dù chuyển động quay đó là không đồng bộ hay đồng bộ.

Xét trên thị trường có thể thấy AC hoặc DC là 2 loại cơ bản nhất của động cơ dựa trên loại dòng điện mà nó sẽ sử dụng.

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

Trong động cơ điện một chiều thì điện áp cung cấp với tải có tỉ lệ thuận với tốc độ một cách không đổi

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

Khi trong hệ thống servo mà có cả động cơ AC và DC đều được sử dụng thì động cơ AC có khả năng chịu được dòng điện cao hơn bởi vậy được sử dụng phổ biến hơn trong các ứng dụng servo như của rô bốt. Bởi sản xuất trong các ứng dụng công nghiệp và dây chuyền thì nó sẽ đòi hỏi số lần lặp lại cao và độ chính xác cao.

Servo có chổi than và servo không có chổi than.

Servo có chổi than.

cấu tạo bởi: Stator, Rotor, cuộn cảm lõi và chổi than.

Ưu điểm: Động cơ có chổi than thường ít tốn kém hơn và vận hành đơn giản hơn, kiểm soát được tốc độ tốt hơn, đặc điểm mo – men xoắn thường rất khó.

Nhược điểm: Động cơ có chổi than này thường gây ra nhiều tiếng ồn, có nhiệt độ cao, quán khi trong khi vận hành cao, có mức giới hạn tốc độ, môi trường làm việc không có bụi sẽ không thích hợp. Vì thế để cải thiện được điều này, động cơ servo không có chổi than được ra đời.

Servo không có chổi than:

Cấu tạo: Tương tự như có chổi than chỉ khác ở chỗ cuộn pha ở Rotor là động cơ vĩnh cửu.

Ưu điểm: Đáng tin cậy hơn, hiệu suất cao hơn và ít ồn hơn, giải quyết được các nhược điểm của động cơ có chổi than

3. Nguyên lý hoạt động của Servo

Động cơ servo là một tổ hợp gồm bốn thứ: động cơ DC bình thường, bộ giảm tốc bánh răng, thiết bị cảm biến vị trí và mạch điều khiển. Động cơ DC được kết nối với một cơ cấu bánh răng cung cấp phản hồi đến một cảm biến vị trí mà phần lớn là một chiết áp. Từ hộp số, đầu ra của động cơ được chuyển qua đường trục servo đến tay đòn servo. Đối với động cơ servo tiêu chuẩn thì nhựa được sử dụng trong bánh răng trong khi đối với động cơ servo công suất cao, bánh răng được làm bằng kim loại.

Một động cơ servo bao gồm ba dây - một dây đen nối với đất, một dây trắng / vàng kết nối với thiết bị điều khiển và một dây đỏ kết nối với nguồn điện. Chức năng của động cơ servo là nhận tín hiệu điều khiển đại diện cho vị trí đầu ra mong muốn của trục servo và cấp nguồn cho động cơ DC của nó cho đến khi trục của nó quay đến vị trí đó.

Nó sử dụng thiết bị cảm biến vị trí để tìm ra vị trí quay của trục, do đó nó biết động cơ phải quay theo hướng nào để chuyển trục đến vị trí được chỉ dẫn. Trục thường không quay tự do xung quanh tương tự như động cơ DC, nhưng thay vào đó chỉ có thể quay 200 độ.

Từ vị trí của rôto, một từ trường quay được tạo ra để tạo ra lực xoáy một cách hiệu quả. Dòng điện chạy trong dây quấn tạo ra từ trường quay. Trục truyền công suất đầu ra của động cơ. Tải được truyền thông qua cơ cấu chuyển tải. Đất hiếm chức năng cao hoặc nam châm vĩnh cửu khác được đặt bên ngoài trục. Bộ mã hóa quang học luôn theo dõi số vòng quay và vị trí của trục.

4. Động cơ Servo vận hành như thế nào

Động cơ Servo bao gồm Động cơ DC, hệ thống Bánh răng, cảm biến vị trí và mạch điều khiển. Động cơ DC được cung cấp năng lượng từ pin và chạy ở tốc độ cao và mô-men xoắn thấp. Cụm bánh răng và trục kết nối với động cơ điện một chiều giảm tốc độ này thành đủ tốc độ và mô-men xoắn cao hơn. Cảm biến vị trí cảm nhận vị trí của trục từ vị trí xác định của nó và đưa thông tin đến mạch điều khiển. Mạch điều khiển theo đó sẽ giải mã các tín hiệu từ cảm biến vị trí và so sánh vị trí thực tế của các động cơ với vị trí mong muốn và theo đó điều khiển hướng quay của động cơ điện một chiều để có được vị trí cần thiết. Động cơ Servo thường yêu cầu nguồn DC từ 4,8V đến 6 V.

Mô tơ servo được điều khiển bằng cách điều khiển vị trí của nó bằng Kỹ thuật điều chế độ rộng xung. Độ rộng của xung áp dụng cho động cơ là khác nhau và gửi trong một khoảng thời gian cố định. Độ rộng xung xác định vị trí góc của động cơ servo. Ví dụ, độ rộng xung 1ms gây ra vị trí góc 0 độ, trong khi độ rộng xung 2 ms gây ra độ rộng góc 180 độ.

5. Ưu nhược điểm khi sử dụng động cơ Servo

Ưu điểm: Nếu một tải nặng được đặt lên động cơ, trình điều khiển sẽ tăng dòng điện đến cuộn dây của động cơ khi nó cố gắng quay động cơ. Không có tình trạng lệch bước.

Có thể hoạt động vận tốc cao.

Nhược điểm: Vì động cơ servo cố gắng quay theo các xung lệnh nhưng bị trễ, nó không thích hợp để điều khiển chính xác chuyển động quay.

Giá cao hơn. Khi dừng lại, roto của động cơ tiếp tục chuyển động qua lại một xung, do đó không phù hợp nếu bạn cần chống rung

6. Ứng dụng của động cơ Servo

Trong sản phẩm thương mại và công nghệ: Robot: Tại mỗi khớp của robot, chúng tôi kết nối một động cơ servo. Do đó tạo cho cánh tay robot một góc chính xác .

Tự động lấy nét của máy ảnh: Một động cơ servo có độ chính xác cao được tích hợp vào máy ảnh sẽ điều chỉnh ống kính máy ảnh để làm sắc nét các hình ảnh mất nét.

Hệ thống theo dõi năng lượng mặt trời: Động cơ servo điều chỉnh góc của các tấm pin mặt trời trong suốt cả ngày hướng về phía mặt trời, để thực hiện việc khai thác năng lượng tối đa từ mặt trời đem lại.

Servos được sử dụng trong máy bay để định vị các bề mặt điều khiển như bánh lái, thang máy, rô bốt, vận hành bộ gắp hoặc đi bộ bằng cách sử dụng các sóng vô tuyến. Động cơ servo nhỏ, có công suất phù hợp với kích thước của chúng và có mạch điều khiển tích hợp.

Trong dịch vụ thực phẩm và dược phẩm, các dụng cụ được thiết kế để sử dụng trong môi trường khắc nghiệt hơn, nơi có khả năng bị ăn mòn cao để duy trì các tiêu chuẩn vệ sinh nghiêm ngặt. Khi cần có độ lặp lại cao nhưng công việc chính xác, Servos cũng được sử dụng trong sản xuất trong dây chuyền

7. Một số điều cần lưu ý khi sử dụng Servo

Nên có hộp số giảm tốc để tăng lực momen khi sử dụng động cơ AC Servo trong một ứng dụng thiết bị nào đó.

Thiết bị động cơ AC Servo hiện đang được ưa chuộng hơn bởi sự tiện lợi của nó đem lại từ việc kích thước nhỏ gọn hơn cung như động cơ điện 3 pha cơ chế bình thường.

Moment muốn giảm quán tính thì bạn cần phải giảm đường kính của Roto nhưng vẫn phải đảm bảo được thể tích của động cơ được đảm bảo về công suất cũng như nhiệt độ. Khi giảm đường kính của nó thì đồng nghĩa ta phải tăng chiều dài lên, do đó khi giảm thể tích so với bình thường thì động cơ Servo sẽ dài hơn. Đây được xem như là một dấu hiệu nhận biết cho động cơ Servo.

Và trên đó là tổng hợp những kiến thức về hoạt động của Servo, mong rằng qua bài viết bạn đã có cho riêng mình khái niệm về Servo là gì. Nếu như bạn còn bất kỳ thắc mắc gì hãy truy cập vào trang web của chúng tôi trong những bài tiếp theo.

Đăng ngày 20/11/2020, 9 lượt xem