[So sánh] Biến tần và Động cơ Servo

Biến tần và động cơ servo hiện nay được sử dụng rất phổ biến trong mô hình sản xuất công nghiệp hiện đại thời 4.0. Nhưng việc lựa chọn giữa hệ thống servo hay động cơ ba pha dùng biến tần điều khiển là điều mà mọi doanh nghiệp, hay các kỹ sư kỹ thuật rất phân vân.

Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn tìm hiểu rõ hơn về Biến tần và động cơ servo, đồng thời giúp bạn thấy được sự giống và khác nhau giữa chúng, để biết ứng dụng cho phù hợp, có được sự lựa chọn tối ưu nhất.

Khái niệm

Tổng quan về biến tần

Biến tần là một thiết bị chuyên dụng có khả năng làm thay đổi tần số dòng điện cấp vào động cơ, từ đó thay đổi được tốc độ vận hành động cơ.

Vai trò của biến tần bao gồm:

• Giúp điều khiển vận tốc của động cơ, để đáp ứng tốt hơn với yêu cầu, loại hình, quy mô sản xuất công nghiệp.
• Giúp động cơ sau ứng dụng khởi động êm ái hơn, từ đó giảm thiểu sự mài mòn cơ khí, tăng tuổi thọ động cơ hơn
• Vì thay đổi tần số dòng điện, nên giúp tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí tiền điện hiệu quả
• Bảo vệ tốt hệ thống điện và các thiết bị trong hệ thống.
• Tích hợp nhiều chức năng điều khiển đồng thời để cải tiến công nghệ sản xuất, tăng sản lượng sản xuất.
• Có nhiều chức năng để bảo vệ động cơ khi bị quá dòng, quá áp, mất pha, đảo pha,…
• Biến tần thường dùng để điều khiển động cơ AC ba pha không đồng bộ, nhưng với các dòng biến tần có nhiều cải tiến cũng có thể ứng dụng để điều khiển được cả động cơ không đồng bộ, động cơ đồng bộ, động cơ spindle, động cơ servo.

Thông tin cơ bản về động cơ servo

Động cơ Servo (thường gọi tắt là Servo) trong kỹ thuật thì là một bộ điều khiển truyền động quay hoặc tuyến tính cho phép điều khiển mô-men chính xác với vị trí và tốc độ để phù hợp từng yêu cầu mô hình sản xuất khác nhau, đồng thời đáp ứng tốt hơn với các máy móc cần thay đổi tốc độ nhanh chóng.

Về cơ bản, động cơ servo là loại động cơ được giám sát, điều khiển liên tục để đảm bảo sẽ cung cấp lực chuyển động vừa đủ cho các thiết bị, máy móc trong quy trình sản xuất khi vận hành.

Cấu tạo của bộ động cơ Servo bao gồm rất nhiều bộ phận, nhưng các bộ phận quan trọng nhất sẽ bao gồm:

• Stator là phần chứa một cuộn dây được quấn quanh lõi, có nhiệm vụ cấp nguồn để truyền lực cần thiết làm quay rotor.
• Rotor là bộ phận chứa rất nhiều nam châm vĩnh cửu có từ trường mạnh.
• Encoder là bộ phận được gắn sau đuôi động cơ, có nhiệm vụ là phản hồi lại bộ điều khiển tín hiệu chính xác về tốc độ và vị trí của động cơ
• Bộ điều khiển (Servo drive) là bộ phận có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộ điều khiển (xung/analog) từ PLC và truyền tín hiệu lệnh đã nhận đến động cơ servo, và điều khiển động cơ servo vận hành theo lệnh đó, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi liên tục từ encoder.

Động cơ Servo được phân thành 2 loại chính, dựa theo tính ứng dụng của chúng và loại dòng điện nó sử dụng:

• AC Servo: Loại động cơ này có thể chịu được dòng điện cao hơn, nên được sử dụng phổ biến trong cấu tạo rô-bốt, máy móc sản xuất trong dây chuyền công nghiệp, các thiết bị, máy móc yêu cầu số lần lặp lại nhiều và có độ chính xác cao, về vị trí, vận tốc, mô-men, khả năng điều khiển phức tạp,
• DC Servo: là loại động cơ chuyển mạch cơ học có chổi than, sử dụng cổ góp hoặc điện tử không có chổi than, chỉ phù hợp với các ứng dụng nhỏ, xử lý dòng điện thấp, không dùng được với các ứng dụng yêu cầu cần xử lý dòng điện cao.

Động cơ servo thường được sử dụng phổ biến trong nhiều loại máy móc như: máy công cụ, máy đóng gói, máy in, máy cắt, máy xả cuộn, máy lắp ráp linh kiện điện tử, máy CNC, …

So sánh biến tần và động cơ servo

Giống nhau

Biến tần và động cơ Servo đều là thiết bị chuyên dụng được sử dụng thêm lắp vào máy móc, động cơ, nhằm điều khiển, điều chỉnh sự hoạt động để đáp ứng tốt hơn với yêu cầu vận hành trong quy mô sản xuất, hoạt động công nghiệp.

Khác nhau

• Về nguyên lý hoạt động, biến tần thay đổi tần số từ đó thay đổi tốc độ động cơ. Còn động cơ Servo có thể điều khiển linh hoạt cả tốc độ, vị trí và mô-men yêu cầu cao về độ chính xác, đồng thời nhận về tín hiệu hồi tiếp từ bộ điều khiển
• Về chất lượng và khả năng điều khiển linh hoạt, chính xác thì động cơ Servo có bộ điều khiển chắc chắn đáp ứng tốt hơn hẳn biến tần, các loại biến tần hiện nay đều sử dụng để điều khiển động cơ, motor có momen thấp, tần số thấp, yêu cầu độ chính xác khá thấp.
• Về phạm vi hoạt động, thì biến tần có thể điều khiển đa dạng loại động cơ khác nhau, còn động cơ servo với một bộ điều khiển chỉ sử dụng cho một động cơ.
• Về giá thành, biến tần có giá rẻ hơn với bộ điều khiển servo.
• Về kích thước, thì biến tần không gọn nhẹ bằng bộ điều khiển servo.

Biến tần có thể thay thế động cơ servo được không?

Về căn bản, biến tần là một thiết bị chuyên dụng để hỗ trợ giúp việc điều khiển động cơ vận hành theo yêu cầu, ý muốn về vận tốc của mình.

Còn động cơ servo là một bộ động cơ hoàn chỉnh với cấu tạo gồm: Stator, Rotor, Encoder và bộ điều khiển Servo drive.

Như vậy biến tần không thể thay thế cho động cơ servo được, vì chức năng, nhiệm vụ của cả hai hoàn toàn khác nhau.

Dùng biến tần thay thế servo drive để điều khiển động cơ servo được không?

Nền công nghiệp sản xuất hiện đại ngày nay có nhiều ứng dụng động cơ servo, nên loại đọng cơ này đag rất phổ biến trong hệ thống kỹ thuật, quy trình sản xuất của rất nhiều linh vực trong cuộc sống chúng ta.

Khi servo drive bị hư hỏng, gặp sự cố, trong khi động cơ servo vẫn vận hàng tốt, không có lỗi lầm gì, và nhiều trường hợp doanh nghiệp, nhà máy, cơ sở sản xuất,… chưa thể mua servo drive thay thế do nhiều nguyên nhân như: mã hàng cũ, không còn sản xuất, thời gian chờ đợi hàng về lắp đặt quá lâu,…

Có thể sử dụng biến tần để thay thế Drive cho động cơ servo, nhưng đây là trường hợp thay thế tạm thời, vì là trường hợp đặc biệt chưa thể tìm được thiết bị tương ứng, hay để tiết kiệm chi phí, giảm chi phí bảo dưỡng, bảo trì cho nhà máy,cơ sở

Biến tần dùng thay thế cho Drive của động cơ servo phải là các dòng biến tần có nhiều tính năng cải tiến, cao cấp đa năng mới có thể đáp ứng tốt dùng được để điều khiển động cơ servo, đặc biệt phải có tính năng điều khiển hồi tiếp vòng kín mới có thể điều khiển được động cơ servo.

Và khi dùng biến tần phổ thông (loại biến tần vòng hở dùng để điều khiển động cơ 3 pha không đồng bộ) thay thế bộ điều khiển để gắn vào động cơ servo thì dễ khiến động cơ vận hành rất yếu, kém ổn định, chạy giật, rung nhiều, phát ra tiếng động, tiếng ồn lớn, thậm chí khi động cơ vận hành với tần số cao, biến tần sẽ báo quá dòng.

Biến tần dùng thay thế servo drive điều khiển cho động cơ servo cần đáp ứng các yêu cầu sau:

• Có tính năng cao cấp có thể điều khiển hồi tiếp vòng kín
• Có thể giải thuật Vec-tơ chuyên dụng dùng trong các dòng động cơ PM.
• Có thể nhận được tín hiệu điều khiển từ Controller, đồng thời đọc được tín hiệu encoder của hệ thống servo.
• Chỉ có thể thay thế trong trường hợp ứng dụng động cơ servo không yêu cầu cao về độ chính xác về vị trí, tốc độ, …

Hiện nay trên thị trường có 2 dòng biến tần có thể thay thế tốt cho servo drive của động cơ servo, là: biến tần GD35 và siêu biến tần GD350.

Biến tần GD35

Là loại biến tần vòng kín cao cấp, có nhiều tính năng để điều khiển vòng kín rất chính xác, ứng dụng tốt với các loại động cơ AM và PM, có thể tiếp ứng với tín hiệu xung encoder như: Encoder ABZ, Resolver, Sin/Cos, dải tần số lên đến 400kHz.

Thêm nữa, nó có tích hợp nhiều tính năng điều khiển nâng cao về: tốc độ, vị trí, mô-men, tốc độ/mô-men, vị trí/tốc độ, vị trí/mô-men, đáp ứng tốt với máy móc cần đáp ứng về thời gian tăng – giảm tốc, độ chính xác, tin cậy cao.

Siêu biến tần GD350

Là dòng biến tần đa chức năng cao cấp nhất hiện nay của thương hiệu INVT, ứng dụng công nghệ điều khiển Vec-tơ hàng đầu thế giới. GD350 có thể điều khiển nhiều loại động: từ động cơ đồng bộ và không động cơ đồng bộ, đến động cơ PM, động cơ truyền động trực tiếp, động cơ spindle, và đáp ứng tốt với động cơ servo.

GD350 được nâng cấp rất nhiều so với GD35, nên được tích hợp cả PLC card và có bộ nhớ lưu trữ đơn dung lượng lên đến 128k, sử dụng CODESYS, có hỗ trợ 6 ngôn ngữ lập trình PLC.

Do đó, đây hiện là loại biến tần thông minh này có thể đáp ứng được hầu hết nhu cầu của mọi khách hàng trong quy mô sản xuất, đặc biệt dùng phổ biến nhất trong các thiết bị máy móc như: máy ép nhựa, ép thủy lực, máy in, sản xuất bao bì (carton, nilong, PP), chế tạo máy móc, CNC, máy dệt nhuộm, chế biến thực phẩm, xử lý gỗ, giấy,…

Khi sử dụng biến tần thay thế drive servo cho động cơ servo cần lưu ý các điều sau:

• Cần đọc kỹ tài liệu hướng dẫn sử dụng đi kèm, để cài đặt, điều chỉnh thông số của biến tần cho phù hợp với động cơ servo hiện tại.
• Điều chỉnh giới hạn điện áp của biến tần phù hợp với điện áp cấp vào của động cơ servo.
• Chọn công suất biến tần phải phù hợp, tương ứng với công suất động cơ servo.