Fyzika riadenia: Ponorenie sa do architektúry AC servopohonov

The AC servopohon je sofistikovaný kus výkonovej elektroniky, ktorý predstavuje triumf teórie riadenia aplikovanej v elektrotechnike. To understa its high-performance capabilities, it's essential to look beyond its functional role and examine its vnútorná architektúra —komponenty a procesy, ktoré umožňujú presný pohyb.

Vnútorná architektúra: Tri hlavné subsystémy

An AC servopohon sa vo všeobecnosti skladá z troch primárnych funkčných stupňov, ktoré premieňajú prichádzajúci striedavý prúd na presne riadený striedavý prúd pre motor na základe signálov spätnej väzby:

1. Stupeň premeny výkonu (usmerňovač):

   • Prichádzajúci jednofázový alebo trojfázový striedavý prúd sa najskôr premení na vysokonapäťové jednosmerné (jednosmerné) napätie, ktoré sa zvyčajne vyhladzuje pomocou Banka kondenzátorov DC-linku .

   • Energia uložená v tejto zbernici jednosmerného prúdu je potom k dispozícii pre ďalšiu fázu.

   • Poznámka: Pohon môže tiež obsahovať brzdný odpor alebo regeneračný obvod na rozptýlenie alebo opätovné využitie prebytočnej energie generovanej počas spomaľovania motora.

2. Stupeň inverzie výkonu (invertor):

   • Toto je sekcia prepínania výkonu jadra, ktorá zvyčajne obsahuje pole Bipolárne tranzistory s izolovanou bránou (IGBT) .

   • Používa riadiaca doska Modulácia šírky impulzu (PWM) techniky na rýchle prepínanie IGBT, konvertujúc jednosmerné napätie späť na trojfázovú striedavú vlnu.

   • Podstatné je, že pohon ovláda frekvenciu, veľkosť a fázu tohto výstupného tvaru striedavého prúdu s extrémne vysokým rozlíšením na presné riadenie otáčok a krútiaceho momentu motora.

3. Fáza kontroly a spracovania (mozog):

   • Patrí sem mikroprocesor resp Digitálny signálový procesor (DSP) ktorý vykonáva riadiace slučky.

   • Spracováva prichádzajúce príkazy polohy/rýchlosti a využíva spätnú väzbu v reálnom čase z kódovača alebo rezolvera motora.

   • Potom spustí PID regulačné slučky and Riadenie orientované na pole (FOC) algoritmy na výpočet presných signálov spustenia PWM potrebných pre stupeň meniča, aby sa eliminovala akákoľvek chyba medzi príkazom a skutočnou polohou motora.

Kritická úloha kontroly orientovanej na pole (FOC)

Špičkový výkon AC servopohon v porovnaní so štandardným VFD ide o jeho použitie Riadenie orientované na pole (FOC) , niekedy nazývaný Vector Control.

• Problém: Riadenie striedavého motora je zložité, pretože krútiaci moment a tok sú spojené (vzájomne závislé).

• Riešenie FOC: DSP v pohone matematicky transformuje trojfázové striedavé prúdy motora ( $i_a,i_b,i_c$ ) z fyzického referenčného rámca statora do rotačného dvojosového referenčného rámca jednosmerného prúdu ( $i_d,i_q$ ).

  • The prúd osi d ( $i_d$ ) ovláda magnetický tok (alebo pole).

  • The prúd osi q ( $i_q$ ) ovláda krútiaci moment .

• Výhoda: Odpojením toku a krútiaceho momentu môže menič presne a rýchlo riadiť krútiaci moment, čím motor získa vysokú dynamickú odozvu podobnú vysokovýkonnému jednosmernému motoru. To je nevyhnutné pre rýchlu akceleráciu a presné polohovanie, ktoré definujú servosystém.

Úvahy o výkone

Pri výbere an AC servopohon , jeho menovitý výkon je kritická a musí zodpovedať požiadavkám motora a aplikácie. Toto hodnotenie definuje schopnosť disku zvládnuť požadované:

• Trvalý prúd: Prúd, ktorý môže pohon bezpečne dodať počas nepretržitej prevádzky (ustálený stav).

• Špičkový prúd: Maximálny prúd, ktorý môže pohon dodať počas krátkej doby (napr. počas rýchlej akcelerácie), ktorý určuje dynamickú odozvu systému.

Sofistikovaná architektúra AC servopohon je to, čo mu umožňuje spoľahlivo dodávať vysoké špičkové prúdy pre dynamický pohyb pri zachovaní mimoriadne presnej kontroly nad polohou, rýchlosťou a krútiacim momentom, vďaka čomu je nepostrádateľný v pokročilej automatizácii.