Tìm hiểu nguyên lý hoạt động và ứng dụng của động cơ AC Servo

Chuyên khảo phân tích Tìm hiểu nguyên lý hoạt động và ứng dụng của động cơ ac servo, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Nguyễn Đình Dũng
• Người hướng dẫn: Th.s Đoàn Minh Hải
• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật
• Đề tài: Nguyên lý và ứng dụng của động cơ AC Servo trong công nghiệp
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ SERVO MOTOR VÀ DRIVER
• 1.1. Động cơ servo
• 1.2. Những loại động cơ Servo phổ biến
• 1.3. Thông số kĩ thuật
• 1.4. Cấu trúc chi tiết
• 1.5. Servopack SGDL - 01AS
• 1.6. Những thông số kĩ thuật
• 1.7. Sơ đồ cấu tạo của Driver
• 1.8. Sơ đồ kết nối bên ngoài của Driver
• 1.9. Hướng dẫn sử dụng cơ bản màn hình Operator OP03A
• 2. CHƯƠNG 2: ENCODER VÀ COUNTER
• 2.1. Giới thiệu và phân loại
• 2.2. Absolute encoder
• 2.3. Incremetal encoder
• 2.4. Giới thiệu counter HANYOUNG NUX GE6-T6D
• 2.5. Hướng dẫn sử dụng counter HANYOUNG NUX
• 3. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU KIT THỰC TẬP ĐỘNG CƠ AC SERVO
• 3.1. Hình ảnh thực tế KIT thực tập động cơ AC servo
• 3.2. Các thông số thiết kế KIT
• 3.3. Động cơ AC servo
• 3.4. Driver SGDL – 01AS
• 3.5. Công tắc điều khiển

Tóm tắt

I. Tổng quan về nguyên lý hoạt động của động cơ AC Servo

Động cơ AC Servo là một trong những công nghệ quan trọng trong tự động hóa công nghiệp. Nguyên lý hoạt động của động cơ này dựa trên việc sử dụng điện từ để tạo ra chuyển động chính xác. Động cơ AC Servo thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và khả năng điều khiển linh hoạt. Với cấu trúc hồi tiếp vòng kín, động cơ này có khả năng điều chỉnh vị trí và vận tốc một cách hiệu quả.

1.1. Nguyên lý hoạt động của động cơ AC Servo

Động cơ AC Servo hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Khi cấp điện áp xoay chiều 3 pha vào stato, từ trường quay được tạo ra, tác động lên roto và làm cho nó quay. Điều này cho phép động cơ đạt được vị trí và vận tốc mong muốn.

1.2. So sánh động cơ AC Servo và động cơ DC

Động cơ AC Servo và động cơ DC có những điểm khác biệt rõ rệt. Động cơ AC Servo thường có hiệu suất cao hơn và khả năng điều khiển chính xác hơn so với động cơ DC. Điều này làm cho động cơ AC Servo trở thành lựa chọn ưu việt trong nhiều ứng dụng công nghiệp.

II. Thách thức trong việc ứng dụng động cơ AC Servo

Mặc dù động cơ AC Servo mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc ứng dụng chúng trong công nghiệp cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như chi phí đầu tư ban đầu cao, yêu cầu về kỹ thuật và bảo trì thường xuyên có thể làm giảm tính khả thi của việc sử dụng động cơ này trong một số lĩnh vực.

2.1. Chi phí đầu tư và bảo trì động cơ AC Servo

Chi phí đầu tư cho động cơ AC Servo thường cao hơn so với các loại động cơ khác. Ngoài ra, việc bảo trì và sửa chữa cũng đòi hỏi kỹ thuật viên có chuyên môn cao, điều này có thể gây khó khăn cho các doanh nghiệp nhỏ.

2.2. Yêu cầu về kỹ thuật trong lắp đặt và vận hành

Việc lắp đặt và vận hành động cơ AC Servo yêu cầu kiến thức chuyên môn về điện và cơ khí. Điều này có thể tạo ra rào cản cho những người không có kinh nghiệm trong lĩnh vực này.

III. Phương pháp tối ưu hóa hiệu suất động cơ AC Servo

Để tối ưu hóa hiệu suất của động cơ AC Servo, cần áp dụng một số phương pháp và công nghệ hiện đại. Việc sử dụng các bộ điều khiển thông minh và cảm biến chính xác có thể giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

3.1. Sử dụng bộ điều khiển thông minh

Bộ điều khiển thông minh giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển động cơ AC Servo, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm thiểu sai số trong quá trình hoạt động.

3.2. Ứng dụng cảm biến trong điều khiển động cơ

Cảm biến giúp theo dõi vị trí và vận tốc của động cơ, từ đó cung cấp thông tin phản hồi chính xác cho bộ điều khiển, giúp cải thiện hiệu suất hoạt động của động cơ AC Servo.

IV. Ứng dụng thực tiễn của động cơ AC Servo trong công nghiệp

Động cơ AC Servo được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, từ sản xuất tự động đến robot công nghiệp. Chúng giúp nâng cao hiệu suất sản xuất và giảm thiểu thời gian chết trong quá trình sản xuất.

4.1. Ứng dụng trong máy CNC

Động cơ AC Servo được sử dụng trong máy CNC để điều khiển chính xác vị trí và vận tốc của dao cắt, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu lãng phí nguyên liệu.

4.2. Ứng dụng trong robot công nghiệp

Trong lĩnh vực robot công nghiệp, động cơ AC Servo giúp điều khiển các chuyển động phức tạp, từ đó nâng cao khả năng tự động hóa và hiệu suất làm việc của robot.

V. Kết luận và tương lai của động cơ AC Servo trong công nghiệp

Động cơ AC Servo đang ngày càng trở nên phổ biến trong công nghiệp nhờ vào những lợi ích mà nó mang lại. Tương lai của động cơ này hứa hẹn sẽ còn phát triển hơn nữa với sự tiến bộ của công nghệ và nhu cầu tự động hóa ngày càng tăng.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ động cơ AC Servo

Công nghệ động cơ AC Servo đang phát triển nhanh chóng với sự ra đời của các bộ điều khiển thông minh và cảm biến tiên tiến, giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy.

5.2. Tương lai của động cơ AC Servo trong tự động hóa

Với nhu cầu tự động hóa ngày càng cao trong sản xuất, động cơ AC Servo sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và giảm chi phí sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ SERVO MOTOR VÀ DRIVER 1. Động cơ servo Động cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động cơ quay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bước là động cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận được. Việc thiết lập một hệ thống điều khiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặc làm động cơ không quay cũng không dễ dàng. Mặt khác, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín.

Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác.

Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiều máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe hơi. Ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máy bay và xe hơi. Một số loại động cơ Servo trên thị trường hiện nay.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 2 1. Những loại động cơ Servo phổ biến Có 3 loại động cơ servo sử dụng rộng rãi hiện nay: - Động cơ servo DC : Dựa trên nền tảng động cơ DC tức là động cơ DC có bộ điều khiển hồi tiếp.

Ảnh minh họa 1 động cơ DC servo. Cấu trúc cơ bản 1 động cơ DC servo. Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phải được điều khiển bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên các mô hình máy bay, xe hơi. Động cơ servo nhận tín hiệu từ máy thu này.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 3 Hình 4.

Ảnh minh họa 1 động cơ RC servo. Bảng điện tử 3. Dây nguồn dương 4. Dây nối đất 6.

Trục bánh răng 8. Đĩa tròn đính kèm 9. Cấu trúc cơ bản động cơ R/C servo. - Động cơ servo AC.

Động cơ AC Servo được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, trong các nhà máy tự động mà cụ thể là điều khiển vị trí, vận tốc các cơ cấu servo, robot, chuyển động chạy dao trong máy CNC… GVHD: Th.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 4 Hình 6. Ảnh minh họa 1 động cơ AC servo. - Động cơ AC servo dựa trên nền tảng là động cơ xoay chiều 3 pha. Động cơ xoay chiều 3 pha làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ.

Khi cấp điện áp xoay chiều 3 pha vào động cơ, trong stato xuất hiện từ trường quay, từ trường này tác động lên roto làm roto quay theo. Stato và dòng điện 3 pha.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 5 Hình 8. Cấu trúc cơ bản 1 động cơ AC servo. Động cơ AC servo Σ – L Series SGML của hãng Yaskawa Nhật Bản.

Động cơ AC servo Yaskawa SGML-02AF12.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 6 1. Thông số kĩ thuật Bảng thông số kĩ thuật động cơ AC servo SGML-02AF12 Các thông số quan trọng cần chú ý: - Công suất : 200 W - Nguồn cấp : 200 V - Mômen : 0.m - Tốc độ tối đa : 3000 vòng/phút - Encoder : 1024 xung/vòng Bảng thông số sản phẩm của dòng SGM servo motor: GVHD: Th.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 7 1. Cấu trúc chi tiết Hình 10. Cấu trúc chi tiết động cơ AC servo dòng SGML.

Kết nối với Driver(servopack) Động cơ AC servo kết nối với Driver bằng 2 đường cáp chính: - Một là đường cáp nguồn C4: gồm 4 sợi dây như hình dưới.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 8 - Chức năng các chân của đầu cáp C4(nối trực tiếp vào Driver): - Hai là đường cáp tín hiệu C9 của Encoder nối với cáp CN2 của Driver, là 1 cổng kết nối có 9 lỗ: Hình 12.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 9 - Chức năng các chân của đầu cáp C9 và C9N(2 đầu cáp này nối với nhau): - Cáp C9 được nối với đầu cáp C9N của Driver: Hình 13.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 10 - Cuối dây cáp này là đầu cáp CN1 của Driver. Dưới đây là hình và thứ tự chân của đầu cáp CN2 : Hình 14. Sơ đồ chân đầu cáp 2CN. - Chức năng các chân của đầu cáp CN2 :  Sơ đồ kết nối với Driver : - Cáp C4 gồm 4 sợi dây U,V,W và GND sẽ được nối với driver theo thứ tự như hình dưới.

- Đầu cáp C9 kết nối với đầu cáp C9N được chuyển qua đều cáp CN2 và kết nối với driver ở vị trí CN2 như hình dưới.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 11 Hình 15. Sơ đồ kết nối dây với Driver. - Như vậy động cơ AC servo nhận nguồn cấp từ cáp C4 để hoạt động. Đồng thời encoder cũng xuất tín hiệu hồi tiếp qua cáp CN2 về Driver để xử lý và điều khiển hoạt động của động cơ.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 12 1.

Servopack SGDL - 01AS. - Sơ lược Diver Σ – L Series SGDL - 01AS của hãng Yaskawa - Nhật Bản. - Bộ Diver SGDL - 01AS là bộ điều khiển tốc độ/Mômen động cơ AC servo với độ chính xác và tốc độ cao. - Hỗ trợ cài đặt và điều khiển bằng màn hình Operator.

- Sử dụng connector CN1 36 cổng với 30 cổng giao tiếp bên ngoài. - 24 thông số từ Cn00 - Cn23 có thể cài đặt hỗ trợ vận hành động cơ servo.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 13 - Điều khiển động cơ AC servo với 3 cấp tốc độ. Driver SGDL - 01AS 1. Những thông số kĩ thuật - Nguồn cấp đầu vào : AC200 – 230V 50/60Hz 1 phase.

- Nguồn ra : 0 – 230V max. 200W Bảng thông số sản phẩm của dòng servopack SGD: GVHD: Th.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 14 1. Sơ đồ cấu tạo của Driver Hình 17. Sơ đồ cấu tạo của Driver GVHD: Th.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 15 1.

Sơ đồ kết nối bên ngoài của Driver Hình 18. Sơ đồ kết nối Driver với các cổng và thiết bị bên ngoài.  Sơ đồ chân của connector CN1: Hình 19. Sơ đồ chân của Connector CN1.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 16  Chức năng các chân của Connector CN1: 1.

Hướng dẫn sử dụng cơ bản màn hình Operator OP03A. Màn hình Operator OP03A dùng để cài đặt và điều khiển. - Màn hình OP03A được dùng để cài đặt các giá trị cho Driver nhằm điều khiển động cơ Servo theo ý huốn hoặc dùng trực tiếp màn hình này để điều khiển động cơ servo thông qua Driver.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 17  Sau đây là phần hướng dẫn sử dụng màn hình Operator OP03A - Nhấn phím MODE/SET để chọn chế độ cài đặt - Dùng các phím tăng giảm để điều chỉnh chế độ và các thông số. - Nhấn phím DATA nếu muốn cài đặt thông số của 1 chế độ đã chọn.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 18  Phân tích các Dấu hiệu trên màn hình  Mô tả các kí hiệu: GVHD: Th.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 19  Những mã thường gặp  Cách chọn và thay đổi các thông số của từng chế độ - Ấn để chọn chế độ cài đặt - Ấn phím và để thay đổi chế độ cài đặt.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 20 - Ấn phím để hiển thị dữ liệu của thông số đang chọn - Ấn phím và để thay đổi dữ liệu của thông số đang chọn - Ấn phím để lưu thông số giá trị cài đặt.

Đèn led sẽ nhấp nháy, biểu hiện thông tin đã được lưu. - Ấn phím lần nữa để quay về chế độ cài đặt thông số Cn. - Với những hướng dẫn trên, chúng ta đã có thể sử dụng màn hình Operator OP03A để cài đặt những thông số đơn giản. Bảng cài đặt thông số tiêu chuẩn của nhà sàn xuất.

Servopack SGDL được thiết kế để có thể kết nối với những động cơ thuộc dòng SGML của hãng Yaskawa. Dó đó,ta không thể kết nối, cấp nguồn rồi cho động cơ chạy luôn mà bắt buộc phải cài đặt các thông số thích hợp với loại động cơ Servo ta đang sử dụng. Mỗi loại động cơ có những thông số cài đặt riêng để có thể hoạt động. Bây giờ ta GVHD: Th.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 21 sẽ tiến hành cài đặt các thông số tiêu chuẩn của nhà sàn suất dành cho động cơ Servo SGML 02AF12 theo những bảng thông số dưới đây.

 Các chế độ đặc biệt: GVHD: Th.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 22  Các chế độ thường dùng 1:  Các chế độ thường dùng 2: GVHD: Th.s Đoàn Minh Hải SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ Trang 23 - Với những thông số trên khi cài đặt vào Driver ta có thể điều khiển động cơ một cách cơ bản. Chương 2: ENCODER VÀ COUNTER 2. Giới thiệu và phân loại Encoder là tên gọi chung để chỉ các thiết bị mã hóa. Trong thực tế có rất nhiều loại và hình thức encoder khác nhau.

Thông thường, đối với các chuyển động quay, encoder dùng để quản lý vị trí góc của một điã quay, bánh xe, hay trục động cơ, hoặc bất kì thiết bị quay nào cần xác định góc của nó. Encoder được chia làm 2 loại: absolute encoder và incremental encoder. Absolute encoder là encoder tuyệt đối, nghĩa là tính hiệu ta nhận được chỉ rõ ràng vị trí của encoder, không cần phải xử lý thêm. Incremetal encoder là encoder mã hóa gia tăng (encoder tương đối), thường chỉ có tối đa là 3 vòng lỗ.

Nếu encoder có càng nhiều lỗ trên đĩa thì thông tin nhận được càng chính xác.