Servo AC là gì? Cấu tạo, phân loại và cách chọn

Trả lời ngắn: Servo AC là hệ điều khiển vòng kín gồm động cơ servo, bộ điều khiển servo và encoder. Nhờ tín hiệu phản hồi từ encoder, driver luôn biết trục motor đang ở đâu và điều chỉnh cho đúng vị trí đã đặt. Dòng servo AC Tiến Phát đang bán có 16 sản phẩm, công suất động cơ từ 100W tới 4,5kW, bảo hành 12 tháng, có sẵn tại kho TP.HCM.

1. Servo AC là gì

Servo AC là hệ thống điều khiển chuyển động dùng điện xoay chiều, trong đó động cơ servo quay đúng vị trí, đúng tốc độ và đúng mô-men theo lệnh, nhờ vòng phản hồi kín. Khi người vận hành đặt một vị trí cần tới, driver servo cấp điện cho motor quay, encoder gắn ở đuôi motor đo liên tục vị trí thực tế của trục và gửi tín hiệu về driver. Driver so sánh hai vị trí và điều chỉnh cho tới khi trục dừng đúng điểm cần tới.

Nhờ vòng kín này mà servo AC khác hẳn động cơ điện thường, vốn chỉ quay khi có điện và dừng khi ngắt điện, không tự kiểm tra xem trục đã tới đúng chỗ hay chưa. Khi nói servo AC, người trong nghề hiểu đó là cả bộ ba: motor tạo chuyển động, driver điều khiển và encoder đo vị trí. Trên trang danh mục servo AC của Tiến Phát, cả ba nhóm thành phần đều có sẵn: 6 động cơ servo, 5 bộ điều khiển servo và 5 hộp giảm tốc hành tinh servo, tổng cộng 16 sản phẩm.

2. Cấu tạo của hệ servo AC

Hệ servo AC gồm bốn phần chính làm việc nối tiếp nhau. Phần thứ nhất là động cơ servo, bộ phận trực tiếp tạo chuyển động quay. Động cơ servo đang bán có công suất từ 100W tới 4,5kW, đều dùng điện 220V. Nhóm nhỏ gồm 40B 100W, 60B 200W và 80B 750W, cùng chạy ở tốc độ 3000 vòng trên phút. Nhóm lớn hơn gồm SH4MN090A 750W, SH4MN110A 800W và SH4MN180A 4,5kW, với mô-men đã công bố lần lượt là 2,4 N.m, 4 N.m và 21,5 N.m. Phần thứ hai là encoder ở đuôi motor, phát tín hiệu về từng góc quay để driver biết trục đang ở đâu.

Phần thứ ba là bộ điều khiển servo, thường gọi là driver servo. Driver nhận lệnh vị trí, tốc độ hoặc mô-men, đọc tín hiệu phản hồi từ encoder, rồi cấp điện cho motor theo đúng lệnh. Cả 5 driver Houle đang bán đều dùng điện 220V, tần số 50/60Hz, với dải công suất tương thích khác nhau: HD từ 50 tới 750W, HK và HY từ 200 tới 750W, HS từ 200 tới 400W, HM từ 200W tới 2,3kW. Phần thứ tư, chỉ dùng khi cần, là hộp giảm tốc hành tinh servo gắn giữa motor và tải. Ba model HAB060, HAB115 và LAES070 đã công bố tỉ số 1 trên 10, hiệu suất 97% và mặt đĩa lần lượt 60, 115 và 70 mm.

3. Phân loại servo AC theo 3 nhóm thành phần

Nhóm động cơ servo có 6 model, chia thành hai dãy nhỏ. Dãy 40B, 60B và 80B là dãy nhỏ gọn theo cỡ mặt bích, công suất 100W, 200W và 750W, tốc độ 3000 vòng trên phút, điện áp 220V, dòng điện 1,0A, 1,7A và 4,4A, cấp cách điện F, cấp bảo vệ IP65. Dãy SH4MN gồm SH4MN090A 750W, SH4MN110A 800W và SH4MN180A 4,5kW, tốc độ theo bảng thông số hãng Houle lần lượt là 3000, 2000 và 2000 vòng trên phút. SH4MN090A và SH4MN110A là Houle; SH4MN180A 4,5kW chỉ gọi theo tên model, không khẳng định hãng.

Nhóm bộ điều khiển servo có 5 model, phân biệt chủ yếu bằng dải công suất tương thích. HD bao phủ từ 50 tới 750W nên là driver duy nhất trong nhóm bao được model 40B 100W theo dải đã công bố. HS có dải hẹp nhất, từ 200 tới 400W, chỉ bao mức 200W. HK và HY cùng dải 200 tới 750W, cùng điện áp 220V, cùng hãng Houle. Điểm khác thấy được bằng mắt là HY có thêm 2 cổng RJ45 và quạt ở mặt hông, còn HK chỉ có 2 cổng DB; giao thức của 2 cổng RJ45 trên HY hiện chưa công bố. HM có dải rộng nhất, từ 200W tới 2,3kW. Nhóm hộp giảm tốc hành tinh servo có 5 model: dạng thẳng trục gồm HAB060, HAB115 và LAES070, đã công bố tỉ số 1 trên 10, hiệu suất 97% và mặt đĩa 60, 115 và 70 mm; dạng vuông góc gồm HABR và HBFR, tỉ số truyền và mô-men hiện chưa công bố. Mở trang danh mục con động cơ servo để đối chiếu đủ 6 model motor trước khi đối chiếu driver và hộp số.

4. Servo AC hoạt động như thế nào

Servo AC hoạt động theo ba chế độ điều khiển chính: vị trí, tốc độ và mô-men. Ở chế độ vị trí, driver điều khiển motor quay đúng góc đã đặt rồi dừng, nhờ encoder xác nhận trục đã tới đúng điểm, dùng cho trục cấp liệu máy CNC, tay robot gắp chi tiết và máy đóng gói cần dừng đúng vạch. Ở chế độ tốc độ, driver giữ tốc độ ổn định dù tải thay đổi; ở chế độ mô-men, driver giữ lực xoắn ở mức đã đặt. Ba chế độ này là nguyên lý chung của servo, còn chế độ riêng của từng driver Houle hiện chưa công bố nên bài viết không gán chế độ cụ thể cho từng model driver.

Chu trình làm việc của vòng kín diễn ra liên tục và rất nhanh: driver nhận lệnh, cấp điện cho motor quay, encoder đo vị trí thực tế và gửi về, driver so sánh và hiệu chỉnh. Nếu tải nặng làm motor chậm lại, driver tăng điện cấp để bù; nếu motor quay vượt lệnh, driver giảm điện để hãm lại. Nhờ đó trục servo dừng đúng vị trí ngay cả khi tải thay đổi. Driver phải đúng hệ với motor thì mới điều khiển chính xác. Khi chọn bộ servo, đối chiếu dải công suất của driver với công suất motor, đối chiếu điện áp 220V, và nhờ kỹ thuật xác nhận cặp ghép cụ thể trước khi chốt, vì hiện chưa có bảng ghép driver với motor nào được công bố chính thức.

5. Servo AC dùng để làm gì

Servo AC dùng cho những máy cần định vị chính xác và đáp ứng nhanh. Ứng dụng đã công bố gồm máy CNC, robot, dây chuyền tự động và máy đóng gói. Trên máy CNC, servo dẫn động trục cấp liệu và trục chính, đưa dao cắt tới đúng tọa độ phôi. Trên robot, servo điều khiển từng khớp tay máy, giúp tay gắp đặt chi tiết đúng vị trí đã lập trình. Trên dây chuyền tự động, servo dẫn động băng tải định vị, máy chiết rót và máy dán nhãn. Trên máy đóng gói, servo điều khiển trục cấp màng, trục cắt và trục hàn miệng túi theo nhịp máy.

Động cơ thường vẫn dùng tốt cho quạt, bơm và băng tải chạy liên tục không cần định vị, nhưng khi việc dùng đòi hỏi dừng đúng điểm thì servo là lựa chọn đúng. Động cơ servo đang bán phủ từ 100W tới 4,5kW, driver phủ từ 50W tới 2,3kW, hộp số hành tinh có tỉ số 1 trên 10 đã công bố ở ba model HAB060, HAB115 và LAES070. Khi cần chọn model, chốt ứng dụng rồi chốt công suất theo tải, sau đó đối chiếu driver và hộp số theo dải đã công bố, như bài cách chọn servo AC hướng dẫn. Ví dụ model nhỏ nhất là động cơ servo 40B 100W, công suất 100W, tốc độ 3000 vòng trên phút, điện áp 220V, dòng điện 1,0A, cấp cách điện F, cấp bảo vệ IP65, hợp với tải nhẹ và máy nhỏ.

6. Câu hỏi thường gặp

Servo AC khác động cơ điện thường ở điểm nào?

Khác ở vòng kín phản hồi. Động cơ điện thường chỉ quay khi có điện, không tự biết trục đang ở đâu. Servo AC có encoder đo vị trí liên tục và driver hiệu chỉnh liên tục, nên trục dừng đúng vị trí đã đặt và lặp lại chính xác qua nhiều chu kỳ.

Có phải mua riêng driver servo cho motor servo không?

Có. Motor servo luôn cần driver servo đi kèm, vì driver đọc tín hiệu encoder và cấp điện cho motor theo lệnh. Khi chọn, đối chiếu dải công suất driver với công suất motor và điện áp 220V, rồi nhờ kỹ thuật xác nhận cặp ghép cụ thể.

Tốc độ của 3 model SH4MN là bao nhiêu?

Theo bảng thông số hãng Houle, SH4MN090A chạy 3000 vòng trên phút, SH4MN110A và SH4MN180A chạy 2000 vòng trên phút. Riêng cấp bảo vệ của SH4MN180A hiện chưa xác nhận, vì trang nguồn ghi số 84, không phải mã bảo vệ hợp lệ, còn bảng hãng ghi IP65.

Model SH4MN180A 4,5kW dùng driver nào?

Hiện chưa có driver nào trong 5 driver đang bán bao phủ được 4,5kW, vì driver mạnh nhất là HM chỉ tới 2,3kW. Ứng viên DH-13iA75 có dải 2,0 tới 5,5kW, nhưng không nằm trong 5 driver đang bán và chưa có công bố nào xác nhận tương thích với SH4MN180A, nên chỉ nhắc như ứng viên cần nhà cung cấp xác nhận, không ghi là driver bán kèm chính thức.

Mô-men của 40B, 60B và 80B là bao nhiêu?

Hiện chưa công bố. Ba model này đã công bố công suất, tốc độ, điện áp, dòng điện, cấp cách điện F và cấp bảo vệ IP65, nhưng mô-men, loại encoder, kiểu lắp, khung và trọng lượng chưa công bố. Không suy mô-men của 80B từ SH4MN090A dù hai model cùng 750W.

Mở trang danh mục servo AC để đối chiếu đủ 16 model theo dải đã công bố trước khi quyết định.