De fysica van besturing: duiken in AC-servodrive-architectuur

De AC-servoeenenrikkkkkkkjving is een geavanceerd stukje vermogenselektronica dat een triomf vertegenwoordigt van de regeltheorie toegepast op de elektrotechniek. Om de krachtige mogelijkheden ervan te begrijpen, is het essentieel om verder te kijken dan de functionele rol ervan en deze te onderzoeken interne architectuur —de componenten en processen die nauwkeurige beweging mogelijk maken.

Interne architectuur: de drie belangrijkste subsystemen

Een AC-servoeenenrikkkkkkkjving bestaat over het algemeen uit drie primaire functionele fasen die binnenkomend wisselstroomvermogen omzetten in nauwkeurig geregeld wisselstroomvermogen voor de motor, op basis van feedbacksignalen:

1. Vermogensconversiefase (de gelijkrichter):

   • De 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-tussenkringcondensatorbank .

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

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

2. Vermogensinversiefase (de omvormer):

   • Dit is de kernstroomschakelsectie, die doorgaans bestaat uit een reeks Bipolaire transistors met geïsoleerde poort (IGBT's) .

   • De control board uses Pulsbreedtemodulatie (PWM) technieken om de IGBT's snel te schakelen, waarbij de gelijkspanning weer wordt omgezet in een driefasige wisselstroomgolfvorm.

   • Cruciaal is dat de aandrijving de frequentie, grootte en fase van deze AC-uitgangsgolfvorm met extreem hoge resolutie om de snelheid en het koppel van de motor nauwkeurig te beheren.

3. Controle- en verwerkingsfase (de hersenen):

   • Dit omvat de microprocessor of Digitale signaalprocessor (DSP) die de regellussen uitvoert.

   • Het verwerkt de binnenkomende positie-/snelheidscommando's en maakt gebruik van realtime feedback van de encoder of solver van de motor.

   • Vervolgens wordt de PID-regellussen and Veldgerichte besturing (FOC) algoritmen om de exacte PWM-ontstekingssignalen te berekenen die nodig zijn voor de invertertrap om eventuele fouten tussen het commando en de daadwerkelijke motorpositie te elimineren.

De Critical Role of Field-Oriented Control (FOC)

De superior performance of the AC-servoeenenrikkkkkkkjving vergeleken met een standaard VFD komt het neer op het gebruik ervan Veldgerichte besturing (FOC) , ook wel Vectorcontrole genoemd.

• De Problem: Het besturen van een AC-motor is complex omdat het koppel en de flux zijn gekoppeld (onderling afhankelijk).

• De FOC Solution: De DSP in the drive mathematically transforms the motor's three-phase AC currents ( $i_a,i_b,i_c$ ) van het fysieke statorreferentieframe naar een roterend tweeassig DC-referentieframe ( $i_d,i_q$ ).

  • De d-as stroom ( $i_d$ ) controleert de magnetische flux (of veld).

  • De q-as stroom ( $i_q$ ) controleert de koppel .

• De Advantage: Door flux en koppel te ontkoppelen, kan de frequentieregelaar het koppel nauwkeurig en snel regelen, waardoor de motor een hoge dynamische respons krijgt, vergelijkbaar met die van een krachtige DC-motor. Dit is essentieel voor de snelle acceleratie en nauwkeurige positionering die kenmerkend zijn voor een servosysteem.

Overwegingen bij het vermogen

Bij het selecteren van een AC-servoeenenrikkkkkkkjving , zijn vermogen is van cruciaal belang en moet worden afgestemd op de eisen van de motor en de toepassing. Deze beoordeling definieert het vermogen van de schijf om de vereiste taken uit te voeren:

• Continue stroom: De current the drive can safely supply during continuous operation (steady state).

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

De sophisticated architecture of the AC-servoeenenrikkkkkkkjving is wat het in staat stelt om op betrouwbare wijze hoge piekstromen te leveren voor dynamische bewegingen, terwijl de extreem nauwkeurige controle over positie, snelheid en koppel behouden blijft, waardoor het onmisbaar wordt in geavanceerde automatisering.