Ohjauksen fysiikka: AC-servokäyttöarkkitehtuuriin tutustuminen

The AC Servo Drive on hienostunut tehoelektroniikka, joka edustaa sähkötekniikassa sovellettavan ohjausteorian voittoa. Sen korkean suorituskyvyn ymmärtämiseksi on välttämätöntä tarkastella sen toiminnallista roolia pidemmälle ja tutkia sitä sisäinen arkkitehtuuri -komponentit ja prosessit, jotka mahdollistavat tarkan liikkeen.

Sisäinen arkkitehtuuri: kolme pääalijärjestelmää

An AC Servo Drive koostuu yleensä kolmesta ensisijaisesta toiminnallisesta vaiheesta, jotka muuntavat tulevan vaihtovirran moottorin tarkasti ohjatuksi vaihtovirtalähteeksi takaisinkytkentäsignaalien perusteella:

1. Tehonmuuntovaihe (tasasuuntaaja):

   • Tuleva yksivaiheinen tai kolmivaiheinen vaihtovirta muunnetaan ensin suurjännitteiseksi tasavirtajännitteeksi (Direct Current), joka tyypillisesti tasoitetaan käyttämällä DC-linkkikondensaattoripankki .

   • Tähän DC-väylään tallennettu energia on sitten käytettävissä seuraavaa vaihetta varten.

   • Huomautus: Taajuusmuuttaja voi myös sisältää jarruvastuksen tai regeneratiivisen piirin moottorin hidastuksen aikana syntyneen ylimääräisen energian haihduttamiseksi tai uudelleenkäyttöön.

2. Tehon inversiovaihe (invertteri):

   • Tämä on ydintehon kytkentäosa, joka sisältää tyypillisesti joukon Eristetyt kaksinapaiset transistorit (IGBT) .

   • Ohjauspaneeli käyttää Pulssin leveysmodulaatio (PWM) tekniikoita IGBT:iden nopeaan vaihtamiseen muuttamalla tasajännite takaisin kolmivaiheiseksi AC-aaltomuodoksi.

   • Tärkeintä on, että asema ohjaa taajuus, magnitudi ja vaihe tämän AC-lähtöaaltomuodon erittäin korkealla resoluutiolla säätelemään tarkasti moottorin nopeutta ja vääntömomenttia.

3. Ohjaus- ja käsittelyvaihe (aivot):

   • Tämä sisältää mikroprosessorin tai Digitaalinen signaaliprosessori (DSP) joka suorittaa ohjaussilmukat.

   • Se käsittelee saapuvat paikka-/nopeuskomennot ja käyttää reaaliaikaista palautetta moottorin kooderista tai ratkaisijasta.

   • Sitten se ajaa PID-säätösilmukat ja Field-Oriented Control (FOC) algoritmeja, jotka laskevat tarkat PWM-sytytyssignaalit, jotka tarvitaan invertterivaiheessa, jotta voidaan eliminoida virhe komennon ja moottorin todellisen asennon välillä.

Field-Oriented Control (FOC) kriittinen rooli

Ylivoimainen suorituskyky AC Servo Drive verrattuna tavalliseen VFD:hen johtuu sen käytöstä Field-Oriented Control (FOC) , jota joskus kutsutaan nimellä Vector Control.

• Ongelma: Vaihtovirtamoottorin ohjaaminen on monimutkaista, koska vääntömomentti ja vuo ovat kytkettyjä (riippuvaisia toisistaan).

• FOC-ratkaisu: Taajuusmuuttajan DSP muuntaa matemaattisesti moottorin kolmivaiheiset vaihtovirtavirrat ( $i_a,i_b,i_c$ ) fyysisen staattorin vertailukehyksestä pyöriväksi kaksiakseliseksi DC-vertailukehykseksi ( $i_d,i_q$ ).

  • The d-akselin virta ( $i_d$ ) ohjaa magneettivuo (tai kenttä).

  • The q-akselin virta ( $i_q$ ) ohjaa vääntömomentti .

• Etu: Irrottamalla vuon ja vääntömomentin taajuusmuuttaja voi ohjata vääntömomenttia tarkasti ja nopeasti, mikä antaa moottorille korkean dynaamisen vasteen, joka on samanlainen kuin tehokkaalla tasavirtamoottorilla. Tämä on välttämätöntä nopean kiihtyvyyden ja tarkan paikantamisen kannalta, jotka määrittelevät servojärjestelmän.

Teholuokitus huomioita

Kun valitset an AC Servo Drive , sen teholuokitus on kriittinen ja se on sovitettava moottorin ja sovelluksen vaatimuksiin. Tämä luokitus määrittää taajuusmuuttajan kyvyn käsitellä vaadittuja:

• Jatkuva virta: Taajuusmuuttaja voi turvallisesti syöttää virtaa jatkuvan käytön aikana (vakiotila).

• Huippuvirta: Maksimivirta, jonka taajuusmuuttaja voi syöttää lyhyen ajan (esim. nopean kiihdytyksen aikana), mikä määrää järjestelmän dynaamisen vasteen.

Hienostunut arkkitehtuuri AC Servo Drive Sen ansiosta se pystyy toimittamaan luotettavasti suuria huippuvirtoja dynaamista liikettä varten säilyttäen samalla erittäin tarkan asennon, nopeuden ja vääntömomentin hallinnan, mikä tekee siitä välttämättömän edistyneessä automaatiossa.