Cách chọn Động cơ Servo đúng kỹ thuật cho hệ thống tự động hóa của bạn

Trong lĩnh vực cơ điện tử hay tự động hóa công nghiệp, việc lựa chọn Động cơ Servo không chỉ dừng lại ở công suất hay kích thước, mà còn đòi hỏi sự phân tích kỹ lưỡng về đặc tính tải, cấu hình truyền động, yêu cầu động học và điều kiện vận hành thực tế. Các thông số như mô-men, tốc độ, tỉ lệ quán tính, và giao thức điều khiển đều có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ chính xác của toàn hệ thống. Bài viết này sẽ trình bày chi tiết các nguyên tắc tính toán và tiêu chí kỹ thuật giúp kỹ sư lựa chọn loại động cơ servo tối ưu, đồng thời tránh các lỗi phổ biến trong thiết kế hệ thống truyền động cơ điện tử.

Cách chọn Động cơ Servo Motor

Khi chọn động cơ servo phù hợp cho một ứng dụng, ngoài công suất, kích thước của động cơ hiện đang lắp đặt hoặc chỉ dựa trên yêu cầu mô-men xoắn của ứng dụng. Tất cả các yếu tố sau đây phải được tính đến khi chọn Servo Motor.

• Tỷ lệ quán tính (inertia ratio)
• Tốc độ
• Mô-men xoắn cực đại ở tốc độ mong muốn

Xem thêm: Động cơ Servo là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng trong tự động hóa

Tỷ lệ quán tính

Bất kỳ vật thể quay nào cũng có mômen quán tính, đây là phép đo mức độ khó khăn khi thay đổi vận tốc quay của vật thể đó. Mômen quán tính trong hệ thống servo có thể được chia thành hai phần: quán tính tải và quán tính động cơ.

Quán tính động cơ là một phần của thiết kế servo và thường được liệt kê trong bảng thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. Quán tính tải phức tạp hơn vì nó liên quan đến mọi thành phần mà động cơ di chuyển và được tính toán bằng các phương trình thích hợp cho từng thành phần.

Quán tính tải so với quán tính động cơ là tỷ lệ quán tính của một hệ thống. Đối với các ứng dụng động cơ servo, chúng tôi khuyến nghị tỷ lệ quán tính là 30:1 hoặc thấp hơn. Tỷ lệ càng thấp thì phản ứng của động cơ càng tốt.

Tốc độ và Mô-men xoắn

Vì có thể có nhiều loại động cơ servo đáp ứng các thông số kỹ thuật về tỷ lệ quán tính cần thiết, bước tiếp theo là tìm động cơ servo nhỏ nhất, tiết kiệm chi phí nhất có thể đáp ứng được nhu cầu về tốc độ và mô-men xoắn.

Các nhà sản xuất động cơ servo thường cung cấp các đường cong tốc độ-mô-men xoắn cho từng loạt động cơ, minh họa một số điểm thú vị về đặc điểm của động cơ servo. Đường cong tốc độ-mô-men xoắn bao gồm hai vùng; liên tục và gián đoạn, có thể dịch thành khớp đúng hoặc khớp sai (tương ứng) cho ứng dụng.

Ví dụ về đường cong mô-men xoắn cho động cơ Kinco SMC60S-0060-30MxK-5DSU

Nếu tốc độ-mô-men xoắn cần thiết cho một ứng dụng cụ thể nằm trong vùng liên tục của đường cong tốc độ-mô-men xoắn, thì động cơ đó có thể tạo ra mô-men xoắn và tốc độ đó mà không bị quá nhiệt. Nếu tốc độ-mô-men xoắn cần thiết cho ứng dụng nằm trong vùng gián đoạn của đường cong, thì động cơ đó chỉ có thể tạo ra tốc độ và mô-men xoắn đó trong một khoảng thời gian giới hạn trước khi quá nhiệt.

Các yếu tố khác

Hãy chắc chắn cân nhắc bất kỳ yêu cầu về môi trường hoặc hạn chế về không gian nào khác mà ứng dụng của bạn có thể có khi lựa chọn động cơ. Ví dụ, hệ thống của bạn có thể yêu cầu xếp hạng IP nhất định trong môi trường khắc nghiệt hơn hoặc bạn có thể cần một hệ thống tích hợp nếu diện tích của bạn nhỏ.

Chi phí động cơ Servo

Động cơ Servo được coi là một trong những động cơ đắt hơn khi so sánh với AC, Brushless DC, Stepper và các loại động cơ khác. Lý do khiến động cơ Servo đắt là độ chính xác cần thiết để chế tạo động cơ Servo và các thành phần bổ sung đi kèm với động cơ Servo.

Chi phí động cơ Servo cũng bị ảnh hưởng bởi vỏ, ổ trục, đầu nối và thiết bị phản hồi được sử dụng trong quá trình chế tạo. Vỏ thường là loại công nghiệp, thường được bịt kín để đạt xếp hạng IP65 hoặc cao hơn. Các ổ trục có chất lượng cao để đảm bảo động cơ Servo có thể chạy ở tốc độ mong muốn và có thể xử lý tải trọng trục và hướng tâm phù hợp. Các đầu nối thường là đầu nối kiểu quân sự có thể tháo rời tại động cơ Servo, nhưng rất đáng tin cậy và đạt chuẩn công nghiệp. Các thiết bị phản hồi thường là bộ mã hóa vi sai hoặc bộ giải mã. Các thiết bị này rất đắt và làm tăng chi phí cho động cơ Servo.

Vận hàng, bảo dưỡng động cơ bước

Phải tuân thủ các cân nhắc về môi trường và an toàn trong mọi giai đoạn vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống Động cơ Servo. Việc không tuân thủ các biện pháp phòng ngừa này sẽ vi phạm các tiêu chuẩn an toàn về thiết kế, sản xuất và mục đích sử dụng Động cơ Servo và Bộ truyền động.

Xin lưu ý rằng ngay cả các sản phẩm động cơ servo được chế tạo tốt nhưng vận hành hoặc lắp đặt không đúng cách cũng có thể gây nguy hiểm. Người dùng phải tuân thủ các biện pháp phòng ngừa liên quan đến tải trọng và môi trường vận hành. Khách hàng chịu trách nhiệm cuối cùng về việc lựa chọn, lắp đặt và vận hành hệ thống động cơ bước đúng cách.

Môi trường sử dụng động cơ servo phải thuận lợi cho các biện pháp chung tốt về thiết bị điện/ điện tử. Không vận hành động cơ khi có khí dễ cháy, bụi, dầu, hơi hoặc hơi ẩm. Khi sử dụng ngoài trời, động cơ, bộ điều khiển phải được bảo vệ khỏi các yếu tố bằng một lớp phủ thích hợp trong khi vẫn có thể cung cấp đủ luồng không khí và làm mát. Độ ẩm có thể gây ra nguy cơ điện giật và/hoặc gây hỏng hệ thống. Cần cân nhắc kỹ lưỡng để tránh tiếp xúc với bất kỳ loại chất lỏng và hơi nào. Liên hệ với nhà máy nếu ứng dụng của bạn yêu cầu xếp hạng IP cụ thể. Nên lắp động cơ servo, trình điều khiển và bộ điều khiển trong môi trường không có hơi nước ngưng tụ, bụi, nhiễu điện, rung và sốc.

Ngoài ra, tốt nhất là nên làm việc với hệ thống động cơ servo trong môi trường bảo vệ không tĩnh điện. Mạch điện hở luôn phải được bảo vệ hoặc bao bọc đúng cách để ngăn chặn con người tiếp xúc trái phép với mạch điện đang hoạt động. Không được thực hiện bất kỳ công việc nào trong khi đang cấp nguồn. Không cắm hoặc rút phích cắm các đầu nối khi nguồn điện đang BẬT. Đợi ít nhất 5 phút sau khi TẮT nguồn trước khi thực hiện công việc kiểm tra hệ thống động cơ, vì ngay cả sau khi tắt nguồn, vẫn còn một số năng lượng điện còn lại trong tụ điện của mạch bên trong trình điều khiển.

Lên kế hoạch lắp đặt động cơ servo, trình điều khiển và/hoặc bộ điều khiển trong hệ thống không có mảnh vụn, chẳng hạn như mảnh vụn kim loại từ việc cắt, khoan, ren và hàn hoặc bất kỳ vật liệu lạ nào khác có thể tiếp xúc với mạch điện. Không ngăn chặn được các mảnh vỡ xâm nhập vào hệ thống có thể gây hư hỏng và/hoặc sốc.

Trên đây, MC&TT đã chia sẻ cho các bạn Cách chọn Động cơ Servo Motor đúng kỹ thuật cho hệ thống tự động hóa của bạn. Hy vọng với lượng thông tin ở trên, sẽ giúp ích được cho các bạn trong quá trình tìm hiểu, nghiên cứu, học tập và làm việc với động cơ Servo. Xin cảm ơn!