Vai trò của động cơ servo là chuyển đổi tín hiệu điện áp đầu vào (tức là điện áp điều khiển) thành đầu ra dịch chuyển góc hoặc vận tốc góc trên trục. Nó thường được sử dụng như một cơ cấu chấp hành trong hệ thống điều khiển tự động. Do đó, động cơ servo còn được gọi là động cơ truyền động. Đặc điểm chính của nó là: Rôto quay ngay lập tức khi có điện áp điều khiển, và rôto dừng ngay lập tức khi không có điện áp điều khiển. Việc lái và tốc độ của trục được xác định bởi hướng và độ lớn của điện áp điều khiển. Động cơ servo được chia thành hai loại chính: AC và DC.
Đầu tiên,động cơ AC servo
1. Cấu trúc cơ bản
Động cơ servo AC chủ yếu bao gồm một stato và một rôto.
Lõi stato thường được dát mỏng bằng một tấm thép silicon. Cuộn dây hai pha được nhúng vào các khe trên bề mặt của lõi stato. Cuộn dây một pha là cuộn dây trường và cuộn dây pha còn lại là cuộn dây điều khiển. Các cuộn dây hai pha đặt lệch nhau 90o theo vị trí không gian. Trong quá trình vận hành, cuộn dây trường f được nối với nguồn điện kích thích xoay chiều và cuộn dây điều khiển k được thêm vào với điện áp tín hiệu điều khiển Uk.
Cấu tạo chủ yếu gồm: stato 1, rôto 5 và phần tử phát hiện 8 và các bộ phận khác.
2. Nguyên lý làm việc
Khi không có điện áp điều khiển trong động cơ servo AC, chỉ có từ trường xung tạo bởi cuộn dây trường hiện diện trong khe hở không khí và không có mô-men xoắn khởi động trên rôto và nó đứng yên. Khi có điện áp điều khiển và dòng điện cuộn điều khiển và dòng điện cuộn trường lệch pha nhau thì trong khe hở không khí sẽ sinh ra từ trường quay và mômen điện từ sinh ra làm quay rôto theo hướng của từ trường quay. Tuy nhiên, các yêu cầu của động cơ servo có thể được khởi động không chỉ dưới điện áp điều khiển mà còn sau khi điện áp biến mất, động cơ phải dừng ngay lập tức. Nếu điện áp điều khiển động cơ servo biến mất và tiếp tục quay như động cơ không đồng bộ một pha thông thường thì sẽ xảy ra hiện tượng bỏ chạy. Chúng tôi gọi đây là hiện tượng tự quay do mất kiểm soát.
3. Phương pháp kiểm soát
Siêu hình học có thể sử dụng ba phương pháp sau để điều khiển tốc độ và hướng quay của động cơ servo.
(1) Điều khiển biên độ Giữ cho độ lệch pha giữa điện áp điều khiển và điện áp kích thích không đổi, và chỉ thay đổi biên độ của điện áp điều khiển.
(2) Điều khiển pha Giữ biên độ của điện áp điều khiển không đổi, và chỉ thay đổi độ lệch pha giữa điện áp điều khiển và điện áp kích thích.
(3) Điều khiển pha biên độ Thay đổi đồng thời biên độ và pha của điện áp điều khiển.
Thứ hai, động cơ servo DC
1. Cấu trúc cơ bản
Động cơ DC servo truyền thống thực chất là một động cơ DC bình thường có công suất nhỏ. Nó có hai loại là nam châm kích từ và nam châm vĩnh cửu, về cơ bản cấu tạo của nó cũng giống như động cơ điện một chiều thông thường.
Rôto của động cơ servo DC phần ứng hình cốc được làm bằng hình trụ rỗng hình cốc làm bằng vật liệu không nhiễm từ, rôto nhẹ nên mômen quán tính nhỏ và phản ứng nhanh. Rôto quay giữa stato trong và ngoài làm bằng vật liệu từ mềm có khe hở không khí lớn.
Động cơ servo DC không chổi than thay thế chổi than và cổ góp thông thường bằng một thiết bị đảo chiều điện tử, làm cho nó đáng tin cậy hơn. Cấu trúc lõi stato của nó về cơ bản giống như cấu trúc của động cơ điện một chiều thông thường, trong đó cuộn dây nhiều pha được nhúng và rôto được làm bằng vật liệu nam châm vĩnh cửu.
2. Nguyên lý làm việc cơ bản
Nguyên lý làm việc cơ bản của động cơ servo DC truyền thống hoàn toàn giống với nguyên lý hoạt động của động cơ DC thông thường. Mômen điện từ được tạo ra do tác động của dòng điện phần ứng và từ thông khe hở không khí để làm cho động cơ servo quay. Chế độ điều khiển phần ứng thường được áp dụng, tức là tốc độ quay được điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp phần ứng trong khi vẫn giữ điện áp kích từ không đổi. Điện áp phần ứng càng nhỏ thì tốc độ quay càng giảm; khi điện áp phần ứng bằng không thì động cơ dừng. Vì dòng điện phần ứng bằng không khi điện áp phần ứng bằng không nên động cơ không tạo ra mômen điện từ, và không có hiện tượng "quay".
Thứ ba, sự khác biệt giữa động cơ servo AC và DC
Nhược điểm của động cơ DC servo:
a. Chổi và cổ góp dễ bị mòn, phát tia lửa trong quá trình chuyển mạch, hạn chế tốc độ
b. Cấu trúc phức tạp, khó chế tạo, giá thành cao
Ưu điểm của động cơ AC servo:
c. Cấu trúc đơn giản, chi phí thấp và quán tính rôto nhỏ so với động cơ điện một chiều
d. Công suất của động cơ điện xoay chiều lớn hơn công suất của động cơ điện một chiều
Yêu cầu về hiệu suất hệ thống servo
Đầu tiên, các yêu cầu cơ bản
1, độ chính xác dịch chuyển cao
Độ chính xác của độ dịch chuyển: đề cập đến mức độ tuân thủ giữa xung lệnh và độ dịch chuyển của bàn máy và độ dịch chuyển thực tế của xung lệnh được hệ thống servo chuyển đổi thành bảng.
2, ổn định tốt
Tính ổn định: Hệ thống servo có thể đạt đến trạng thái mới hoặc trở lại trạng thái cân bằng ban đầu sau một quá trình điều chỉnh ngắn dưới tác động của đầu vào hoặc nhiễu bên ngoài nhất định.
3, độ chính xác định vị cao
Định vị chính xác: đề cập đến độ chính xác của đầu ra có thể tái tạo đầu vào
4, phản hồi nhanh là tốt
5, phạm vi tốc độ rộng
Phạm vi điều chỉnh tốc độ: đề cập đến tỷ số giữa tốc độ tối đa và tốc độ tối thiểu mà thiết bị cơ khí yêu cầu động cơ cung cấp.
6, độ tin cậy của hệ thống là tốt
7, tốc độ thấp và mô-men xoắn lớn
Thứ hai, phân loại hệ thống servo
Theo phân loại lý thuyết điều chỉnh hệ thống servo
a, Hệ thống servo vòng hở
c, Hệ thống servo vòng bán kín
