Động cơ AC Servo: Xây dựng, Làm việc, Chức năng chuyển đổi & Ứng dụng của nó

Một động cơ servo hoạt động giống như một bộ truyền động quay được sử dụng chủ yếu để thay đổi đầu vào điện thành gia tốc cơ học. Động cơ này hoạt động dựa trên cơ chế trợ động ở bất cứ nơi nào phản hồi vị trí được sử dụng để kiểm soát tốc độ và vị trí cuối cùng của động cơ. Động cơ servo quay và có được một góc nhất định dựa trên đầu vào được áp dụng. Động cơ servo có kích thước nhỏ nhưng chúng rất tiết kiệm năng lượng. Các động cơ này được phân thành hai loại như động cơ servo ac và động cơ servo dc nhưng sự khác biệt chính giữa hai động cơ này là nguồn điện được sử dụng. Hiệu suất của một Động cơ servo DC chủ yếu chỉ phụ thuộc vào điện áp trong khi động cơ AC servo phụ thuộc vào cả điện áp và tần số. Bài viết này thảo luận về một trong các loại động cơ servo – một động cơ servo xoay chiều - làm việc với các ứng dụng.

Động cơ AC Servo là gì?

Một loại động cơ servo tạo ra đầu ra cơ học bằng cách sử dụng đầu vào điện AC ở dạng vận tốc góc chính xác được gọi là động cơ servo AC. Công suất đầu ra thu được từ động cơ servo này chủ yếu nằm trong khoảng từ watt đến vài 100 watt. Tần số hoạt động của động cơ servo xoay chiều nằm trong khoảng từ 50 đến 400 Hz. Sơ đồ động cơ servo AC được hiển thị bên dưới.

Các tính năng chính của động cơ servo ac chủ yếu bao gồm; đây là những thiết bị ít trọng lượng hơn, mang lại sự ổn định và độ tin cậy trong quá trình vận hành, không tạo ra tiếng ồn khi vận hành, mang lại các đặc tính tốc độ mô-men xoắn tuyến tính và giảm chi phí bảo trì khi không có vòng trượt và chổi than.

Vui lòng tham khảo liên kết này để biết thêm về Các loại động cơ AC Servo

Cấu tạo động cơ AC Servo

Nói chung, động cơ servo AC là động cơ cảm ứng hai pha. Động cơ này được xây dựng bằng cách sử dụng một stato và một cánh quạt giống như một động cơ cảm ứng thông thường. Nói chung, stato của động cơ servo này có cấu trúc nhiều lớp. Stato này bao gồm hai cuộn dây được đặt lệch nhau 90 độ trong không gian. Do sự thay đổi pha này, một từ trường quay được tạo ra.

Cuộn dây đầu tiên được gọi là cuộn dây chính hay còn được gọi là cuộn dây pha cố định hoặc cuộn dây tham chiếu. Ở đây, cuộn dây chính được kích hoạt từ nguồn cung cấp điện áp không đổi trong khi cuộn dây khác như cuộn dây điều khiển hoặc pha điều khiển được kích hoạt bởi điện áp điều khiển thay đổi. Điện áp điều khiển này được cung cấp đơn giản từ bộ khuếch đại servo.

Nói chung, rôto có hai loại là loại lồng sóc và loại cốc kéo. Rôto được sử dụng trong động cơ này là loại rôto lồng sóc thông thường bao gồm các thanh nhôm được cố định trong các rãnh & được nối tắt qua các vòng cuối. Khoảng cách không khí được giữ ở mức tối thiểu để liên kết thông lượng tối đa. Loại rôto khác như cốc kéo chủ yếu được sử dụng khi quán tính của hệ thống quay thấp. Vì vậy, điều này giúp giảm tiêu thụ điện năng.

Nguyên lý làm việc của AC Servomotor

Nguyên lý làm việc của động cơ servo ac là; đầu tiên, một điện áp xoay chiều không đổi được đưa vào cuộn dây chính của bộ khởi động của động cơ servo và một đầu cuối khác của stato được kết nối đơn giản với máy biến áp điều khiển trong suốt cuộn dây điều khiển. Do điện áp tham chiếu được áp dụng, trục của máy phát đồng bộ sẽ quay ở một tốc độ cụ thể và đạt được một vị trí góc nhất định.

Ngoài ra, trục của máy biến áp điều khiển có một vị trí góc cụ thể được so sánh với điểm góc của trục máy phát đồng bộ. Vì vậy, so sánh hai vị trí góc sẽ cung cấp tín hiệu lỗi. Cụ thể hơn, các mức điện áp cho các vị trí trục tương đương được đánh giá để tạo ra tín hiệu lỗi. Vì vậy, tín hiệu lỗi này giao tiếp với mức điện áp hiện tại ở máy biến áp điều khiển. Sau đó, tín hiệu này được cấp cho bộ khuếch đại servo để nó tạo ra điện áp điều khiển không đồng đều.

Bằng điện áp được áp dụng này, một lần nữa rôto đạt được tốc độ cụ thể, bắt đầu quay & duy trì cho đến khi giá trị tín hiệu lỗi về 0 để đạt được vị trí ưu tiên của động cơ trong các động cơ servo AC.

Chức năng truyền của động cơ AC Servo

Hàm truyền của động cơ servo xoay chiều có thể được định nghĩa là tỷ lệ giữa L.T (Biến đổi Laplace) của biến đầu ra với L.T (Biến đổi Laplace) của biến đầu vào. Vì vậy, chính mô hình toán học biểu thị phương trình vi phân cho biết o/p đến i/p của hệ thống.

Nếu T.F. (hàm truyền) của bất kỳ hệ thống nào được biết, sau đó có thể tính toán đáp ứng đầu ra cho các loại đầu vào khác nhau để nhận ra bản chất của hệ thống. Tương tự, nếu hàm truyền (T.F) không được biết, thì nó có thể được tìm thấy bằng thực nghiệm bằng cách áp dụng các đầu vào đã biết cho thiết bị và nghiên cứu đầu ra của hệ thống.

Động cơ AC servo là động cơ cảm ứng hai pha, có nghĩa là nó có hai cuộn dây như cuộn dây điều khiển (cuộn dây trường chính) và cuộn dây tham chiếu (cuộn dây kích thích).

Vì vậy, chúng ta cần tìm ra hàm truyền của động cơ servo xoay chiều, tức là, θ(s)/ec(s). Ở đây 'θ(s)/' là đầu ra của hệ thống trong khi ex(s) là đầu vào của hệ thống.

Để tìm ra hàm truyền của động cơ, chúng ta cần tìm hiểu mô-men xoắn do động cơ 'Tm' tạo ra và mô-men xoắn do tải 'Tl' tạo ra là gì. Nếu chúng ta đánh đồng điều kiện cân bằng như

Tm = Tl thì ta có được hàm truyền.

Giả sử, Tm = mô-men xoắn do động cơ tạo ra.
Tl = mô-men xoắn do tải hoặc mô-men xoắn tải.
'θ' = chuyển vị góc.
'ω' = d θ/dt = vận tốc góc.
‘J’ = mômen quán tính của tải trọng.
'B' là bảng điều khiển của tải.

Ở đây, hai hằng số được xem xét là K1 và K2.

'K1' là độ dốc của điện áp pha điều khiển so với đặc tính mô-men xoắn.
‘K2’ là độ dốc của đặc tính mô-men xoắn tốc độ.

Ở đây, mô-men xoắn được phát triển bởi động cơ được biểu thị đơn giản bằng

Tm = K1ec- K2 dθ/dt —–(1)

Mô-men xoắn tải (TL) có thể được mô hình hóa bằng cách xem xét phương trình cân bằng mô-men xoắn.

Mô-men xoắn áp dụng = mô-men xoắn ngược lại do J,B

Tl = TJ + TB = J d^2θ/dt^2 + B dθ/dt^2 + B —–(2)

Ta biết rằng điều kiện cân bằng Tm = Tl.

K1ec- K2 dθ/dt = J d^2θ/dt^2 + B dθ/dt^2 + B

Áp dụng phương trình biến đổi Laplace cho phương trình trên

K1Ec(s) – K2 S θ(S) = J S^2θ (S) + B S θ(S)

K1Ec(s) = JS^2θ (S) + BSθ(S)+ K2S θ(S)
K1Ec(s) = θ (S)[J S^2 + BS + K2S]

T.F = θ (S)Ec(s) = K1/ J S^2 + BS + K2S

= K1/ S [B + JS + K2]

= K1/ S [B + K2 + JS]

= K1/ S (B + K2) [1 + (J/ B + K2) *S]

T.F = θ (S)Ec(s) = K1/(B + K2) / S[1 + (J/ B + K2) *S]

T.F = Km / S[1 + (J/ B + K2) *S] => Km / S(1 + STm)] = θ (S)Ec(s)

T.F = Km / S(1 + STm)] = θ(S)Ec(s)

Trong đó, Km = K1/ B + K2 = hằng số khuếch đại của động cơ.

Tm = J/ B + K2 = hằng số thời gian của động cơ.

Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ AC Servo

Nói chung, servo động cơ có ba phương pháp điều khiển như điều khiển vị trí, điều khiển mô-men xoắn và điều khiển tốc độ.

Phương pháp điều khiển vị trí được sử dụng để xác định kích thước của tốc độ quay thông qua các tín hiệu tần số đầu vào bên ngoài. Góc của cuộc cách mạng được xác định bởi không. của xung. Vị trí và vận tốc của động cơ servo có thể được chỉ định trực tiếp thông qua giao tiếp. Vì vị trí của phương pháp có thể kiểm soát cực kỳ nghiêm ngặt đối với vị trí và tốc độ nên nó thường được sử dụng trong ứng dụng định vị.

Trong phương pháp điều khiển mô-men xoắn, mô-men xoắn đầu ra của động cơ servo được đặt bằng đầu vào tương tự tại địa chỉ. Nó có thể thay đổi mô-men xoắn bằng cách thay đổi tương tự trong thời gian thực. Ngoài ra, nó cũng có thể thay đổi giá trị tại địa chỉ tương đối thông qua giao tiếp.

Ở chế độ điều khiển tốc độ, tốc độ động cơ có thể được điều khiển bằng đầu vào và xung tương tự. Nếu có yêu cầu về độ chính xác và không cần quan tâm đến quá nhiều mô-men xoắn thì chế độ tốc độ sẽ tốt hơn.

Đặc điểm của động cơ AC Servo

Các đặc tính tốc độ mô-men xoắn của động cơ servo xoay chiều được hiển thị bên dưới. Trong các đặc điểm sau, mô-men xoắn thay đổi theo tốc độ nhưng không tuyến tính vì nó chủ yếu phụ thuộc vào tỷ lệ điện kháng (X) so với Sức cản (R). Giá trị thấp của tỷ lệ này có nghĩa là động cơ có điện trở cao & điện kháng thấp, trong những trường hợp như vậy, đặc tính của động cơ tuyến tính hơn giá trị tỷ lệ cao giữa điện kháng (X) và điện trở (R).

Thuận lợi

Ưu điểm của động cơ servo AC bao gồm những điều sau đây.

• Các đặc tính kiểm soát tốc độ của động cơ này là tốt.
• Chúng tạo ra ít nhiệt hơn.
• Chúng mang lại hiệu quả cao, nhiều mô-men xoắn hơn trên mỗi trọng lượng, độ tin cậy và giảm tiếng ồn RF.
• Họ cần bảo trì ít hơn.
• Chúng có tuổi thọ cao hơn trong trường hợp không tồn tại cổ góp.
• Những động cơ này có khả năng xử lý dòng điện cao hơn trong máy móc công nghiệp.
• Ở tốc độ cao, chúng cung cấp mô-men xoắn không đổi hơn.
• Đây là những rất đáng tin cậy.
• Họ cung cấp hiệu suất tốc độ cao.
• Chúng rất phù hợp với các ứng dụng tải không ổn định.

Những nhược điểm của động cơ servo AC bao gồm những điều sau đây.

• Điều khiển động cơ servo AC khó khăn hơn.
• Những động cơ này có thể bị hỏng do quá tải liên tục.
• Hộp số thường cần thiết để truyền tải điện ở tốc độ cao.

Các ứng dụng

Các ứng dụng của động cơ servo AC bao gồm những điều sau đây.

• Động cơ servo AC được áp dụng khi quy định vị trí là quan trọng & thường được tìm thấy trong các thiết bị bán dẫn, rô-bốt, máy bay và máy công cụ.
• Những động cơ này được sử dụng trong các thiết bị hoạt động trên cơ chế trợ động như trong máy tính và thiết bị điều khiển vị trí.
• Động cơ AC servo được sử dụng trong máy công cụ, máy móc rô-bốt và hệ thống theo dõi.
• Những động cơ servo này được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp vì tính hiệu quả và tính linh hoạt của chúng.
• Động cơ AC servo được sử dụng trong hầu hết các loại máy & thiết bị phổ biến như máy nước nóng, lò nướng, máy bơm, Xe địa hình, thiết bị trong vườn, v.v.
• Nhiều thiết bị & công cụ được sử dụng hàng ngày trong nhà được vận hành bằng động cơ AC servo.

Vì vậy, đây là tổng quan về ac động cơ servo - làm việc với các ứng dụng. Những động cơ này được sử dụng trong nhiều ứng dụng như thiết bị hoạt động trên cơ chế trợ động và cả máy công cụ, hệ thống theo dõi & người máy. Đây là một câu hỏi cho bạn, một động cơ cảm ứng là gì?