Fyzika řízení: Ponoření se do architektury AC servopohonu

The Střídavý servopohon je sofistikovaný kus výkonové elektroniky, který představuje triumf teorie řízení aplikované v elektrotechnice. Abychom pochopili jeho vysoce výkonné schopnosti, je nezbytné podívat se za jeho funkční roli a prozkoumat jeho vnitřní architektura —komponenty a procesy, které umožňují přesný pohyb.

Vnitřní architektura: Tři hlavní subsystémy

An Střídavý servopohon se obecně skládá ze tří primárních funkčních stupňů, které převádějí příchozí střídavý výkon na přesně řízený střídavý výkon pro motor na základě signálů zpětné vazby:

1. Stupeň přeměny výkonu (usměrňovač):

   • Přicházející jednofázové nebo třífázové střídavé napájení je nejprve převedeno na vysokonapěťové stejnosměrné (stejnosměrné) napětí, které je obvykle vyhlazeno pomocí Banka kondenzátorů stejnosměrného meziobvodu .

   • Energie uložená v této DC sběrnici je pak k dispozici pro další fázi.

   • Poznámka: Pohon může také obsahovat brzdný odpor nebo regenerační obvody pro rozptýlení nebo opětovné využití přebytečné energie generované během zpomalování motoru.

2. Stupeň inverze napájení (střídač):

   • Toto je hlavní sekce přepínání výkonu, obvykle obsahující pole Bipolární tranzistory s izolovanou bránou (IGBT) .

   • Řídící deska používá Pulzní šířková modulace (PWM) techniky pro rychlé přepínání IGBT, převádějící stejnosměrné napětí zpět na třífázovou střídavou vlnu.

   • Podstatné je, že pohon řídí frekvence, velikost a fáze tohoto výstupního střídavého tvaru vlny s extrémně vysokým rozlišením pro přesné řízení rychlosti a točivého momentu motoru.

3. Fáze řízení a zpracování (mozek):

   • Patří sem mikroprocesor popř Digitální signálový procesor (DSP) který provádí regulační smyčky.

   • Zpracovává příchozí povely polohy/rychlosti a využívá zpětnou vazbu v reálném čase z kodéru nebo resolveru motoru.

   • Poté běží PID regulační smyčky a Field-Oriented Control (FOC) algoritmy pro výpočet přesných zapalovacích signálů PWM požadovaných pro stupeň měniče, aby se eliminovala jakákoli chyba mezi příkazem a skutečnou polohou motoru.

Kritická role řízení orientovaného na pole (FOC)

Špičkový výkon Střídavý servopohon ve srovnání se standardním VFD jde o jeho použití Field-Oriented Control (FOC) , někdy nazývané Vector Control.

• Problém: Řízení střídavého motoru je složité, protože točivý moment a tok jsou vzájemně propojeny (vzájemně závislé).

• Řešení FOC: DSP v měniči matematicky transformuje třífázové střídavé proudy motoru ( $i_a,i_b,i_c$ ) z fyzického statorového referenčního rámce do rotačního dvouosého DC referenčního rámce ( $i_d,i_q$ ).

  • The proud osy d ( $i_d$ ) ovládá magnetický tok (nebo pole).

  • The proud v ose q ( $i_q$ ) ovládá kroutící moment .

• Výhoda: Oddělením toku a točivého momentu může měnič přesně a rychle řídit točivý moment, což motoru poskytuje vysokou dynamickou odezvu podobnou vysoce výkonnému stejnosměrnému motoru. To je nezbytné pro rychlou akceleraci a přesné polohování, které definují servosystém.

Úvahy o jmenovitém výkonu

Při výběru an Střídavý servopohon , jeho jmenovitý výkon je kritická a musí být přizpůsobena požadavkům motoru a aplikace. Toto hodnocení definuje schopnost měniče zvládnout požadované:

• Trvalý proud: Proud, který může měnič bezpečně dodávat během nepřetržitého provozu (ustálený stav).

• Špičkový proud: Maximální proud, který může měnič dodat po krátkou dobu (např. při rychlé akceleraci), který určuje dynamickou odezvu systému.

Sofistikovaná architektura Střídavý servopohon je to, co mu umožňuje spolehlivě dodávat vysoké špičkové proudy pro dynamický pohyb při zachování extrémně přesné kontroly nad polohou, rychlostí a kroutícím momentem, takže je nepostradatelný v pokročilé automatizaci.