A vezérlés fizikája: elmélyülés az AC szervohajtás architektúrájába

A AC szervo meghajtó egy kifinomult teljesítményelektronika, amely az elektrotechnikában alkalmazott vezérléselmélet diadalát képviseli. A nagy teljesítményű képességek megértéséhez elengedhetetlen, hogy a funkcionális szerepén túl tekintsünk, és megvizsgáljuk belső architektúra — a precíz mozgást lehetővé tevő alkatrészek és folyamatok.

Belső architektúra: A három fő alrendszer

An AC szervo meghajtó általában három elsődleges funkcionális szakaszból áll, amelyek a bejövő váltóáramból a visszacsatoló jelek alapján a motor precízen szabályozott váltakozó áramává alakítják át:

1. Teljesítményátalakító szakasz (az egyenirányító):

   • A incoming single-phase or three-phase AC power is first converted into a high-voltage DC (Direct Current) voltage, which is typically smoothed using a DC-link kondenzátor bank .

   • A energy stored in this DC bus is then available for the next stage.

   • Megjegyzés: A drive may also incorporate a braking resistor or regenerative circuitry to dissipate or reuse excess energy generated during motor deceleration.

2. Teljesítmény inverziós fokozat (az inverter):

   • Ez az alapvető tápkapcsoló rész, amely jellemzően egy tömböt tartalmaz Szigetelt kapus bipoláris tranzisztorok (IGBT) .

   • A control board uses Impulzusszélesség-moduláció (PWM) technikák az IGBT-k gyors váltására, az egyenfeszültséget háromfázisú váltakozó áramú hullámformává alakítva vissza.

   • Lényeges, hogy a meghajtó vezérli a frekvencia, nagyság és fázis Ennek a kimeneti váltakozó áramú hullámformának a rendkívül nagy felbontása a motor fordulatszámának és nyomatékának precíz szabályozásához.

3. Irányítási és feldolgozási szakasz (az agy):

   • Ide tartozik a mikroprocesszor ill Digitális jelprocesszor (DSP) amely végrehajtja a vezérlőhurkokat.

   • Feldolgozza a bejövő pozíció/sebesség parancsokat, és valós idejű visszacsatolást használ a motor jeladójától vagy feloldójától.

   • Ezután fut a PID szabályozó hurkok és Mezőorientált vezérlés (FOC) algoritmusok az inverter fokozathoz szükséges pontos PWM gyújtási jelek kiszámításához, hogy kiküszöböljék a parancs és a tényleges motorpozíció közötti hibákat.

A Critical Role of Field-Oriented Control (FOC)

A superior performance of the AC szervo meghajtó a szabványos VFD-hez képest annak használatán múlik Mezőorientált vezérlés (FOC) , néha Vector Control néven.

• A Problem: A váltakozó áramú motor vezérlése bonyolult, mivel a nyomaték és a fluxus össze van kapcsolva (egymástól függ).

• A FOC Solution: A DSP in the drive mathematically transforms the motor's three-phase AC currents ( $i_a,i_b,i_c$ ) a fizikai állórész referenciakeretéből egy forgó kéttengelyes egyenáramú referenciakeretbe ( $i_d,i_q$ ).

  • A d-tengely áram ( $i_d$ ) vezérli a mágneses fluxus (vagy mező).

  • A q tengely áram ( $i_q$ ) vezérli a nyomaték .

• A Advantage: A fluxus és a nyomaték szétválasztásával a hajtás pontosan és gyorsan tudja irányítani a nyomatékot, így a motornak a nagy teljesítményű egyenáramú motorokhoz hasonló magas dinamikus reakciót ad. Ez elengedhetetlen a gyors gyorsításhoz és a precíz pozicionáláshoz, amelyek meghatározzák a szervorendszert.

A teljesítménybesorolás szempontjai

Amikor kiválasztunk egy AC szervo meghajtó , annak teljesítmény névleges kritikus, és a motor és az alkalmazás igényeihez kell igazítani. Ez a besorolás határozza meg, hogy a meghajtó képes-e kezelni a következő követelményeket:

• Folyamatos áram: A current the drive can safely supply during continuous operation (steady state).

• Csúcsáram: A maximum current the drive can supply for a short duration (e.g., during rapid acceleration), which determines the system's dynamic response.

A sophisticated architecture of the AC szervo meghajtó Ez az, ami lehetővé teszi, hogy megbízhatóan magas csúcsáramokat biztosítson a dinamikus mozgáshoz, miközben rendkívül precízen szabályozza a pozíciót, a sebességet és a nyomatékot, ami nélkülözhetetlenné teszi a fejlett automatizálásban.