Fizica controlului: Aprofundarea în arhitectura AC Servo Drive

The Servo Drive AC is a sophisticated piece of power electronics that represents a triumph of control theory applied to electrical engineering. Pentru a înțelege capacitățile sale de înaltă performanță, este esențial să privim dincolo de rolul său funcțional și să-l examinăm arhitectura interioara — componentele și procesele care permit o mișcare precisă.

Arhitectura internă: Cele trei subsisteme principale

An Servo Drive AC este în general compus din trei etape funcționale primare care convertesc puterea AC de intrare în putere AC controlată cu precizie pentru motor, pe baza semnalelor de feedback:

1. Etapa de conversie a puterii (redresor):

   • Puterea AC monofazată sau trifazată de intrare este mai întâi convertită într-o tensiune DC de înaltă tensiune (curent continuu), care este de obicei netezită folosind un Bancă de condensatoare DC-link .

   • Energia stocată în această magistrală DC este apoi disponibilă pentru etapa următoare.

   • Notă: Unitatea de acţionare poate include, de asemenea, un rezistor de frânare sau un circuit de regenerare pentru a disipa sau reutiliza energia în exces generată în timpul decelerarii motorului.

2. Etapa de inversare a puterii (invertorul):

   • Aceasta este secțiunea centrală de comutare a puterii, care cuprinde de obicei o serie de Tranzistoare bipolare cu poartă izolată (IGBT) .

   • Placa de control foloseste Modularea lățimii impulsului (PWM) tehnici pentru a comuta rapid IGBT-urile, transformând tensiunea DC înapoi într-o formă de undă AC trifazată.

   • În mod crucial, unitatea controlează frecventa, magnitudinea si faza a acestei forme de undă AC de ieșire cu rezoluție extrem de ridicată pentru a gestiona cu precizie viteza și cuplul motorului.

3. Etapa de control și procesare (creierul):

   • Aceasta include microprocesorul sau Procesor de semnal digital (DSP) care execută buclele de control.

   • Procesează comenzile de poziție/viteză de intrare și utilizează feedback în timp real de la codificatorul sau resolverul motorului.

   • Apoi rulează Bucle de control PID şi Control orientat pe câmp (FOC) algoritmi pentru a calcula semnalele exacte de declanșare PWM necesare etapei invertorului pentru a elimina orice eroare între comandă și poziția reală a motorului.

Rolul critic al controlului orientat pe câmp (FOC)

Performanța superioară a Servo Drive AC comparativ cu un VFD standard se reduce la utilizarea acestuia Control orientat pe câmp (FOC) , numit uneori Control vectorial.

• Problema: Controlul unui motor de curent alternativ este complex deoarece cuplul și fluxul sunt cuplate (interdependente).

• Soluția FOC: DSP-ul din unitate transformă matematic curenții AC trifazici ai motorului ( $i_a,i_b,i_c$ ) din cadrul de referință fizic al statorului într-un cadru de referință DC rotativ cu două axe ( $i_d,i_q$ ).

  • The curent pe axa d ( $i_d$ ) controlează flux magnetic (sau câmp).

  • The curent pe axa q ( $i_q$ ) controlează cuplu .

• Avantajul: Prin decuplarea fluxului și a cuplului, unitatea poate comanda cu precizie și rapid cuplul, oferind motorului un răspuns dinamic ridicat, similar cu cel al unui motor DC de înaltă performanță. Acest lucru este esențial pentru accelerarea rapidă și poziționarea precisă care definesc un sistem servo.

Considerații privind evaluarea puterii

La selectarea unui Servo Drive AC , este putere nominală este critic și trebuie să fie adaptat la cerințele motorului și aplicației. Această evaluare definește capacitatea unității de a face față cerințelor:

• Curent continuu: Curentul pe care unitatea îl poate furniza în siguranță în timpul funcționării continue (stare staționară).

• Curent de vârf: Curentul maxim pe care unitatea îl poate furniza pentru o perioadă scurtă de timp (de exemplu, în timpul accelerației rapide), care determină răspunsul dinamic al sistemului.

Arhitectura sofisticată a Servo Drive AC este ceea ce îi permite să furnizeze în mod fiabil curenți de vârf mari pentru o mișcare dinamică, menținând în același timp un control extrem de precis asupra poziției, vitezei și cuplului, făcându-l indispensabil în automatizarea avansată.