The Physics of Control: Dykning i AC Servo Drive Architecture

Den AC servodrev er et sofistikeret stykke kraftelektronik, der repræsenterer en triumf af kontrolteori anvendt på elektroteknik. For at forstå dens højtydende egenskaber er det vigtigt at se ud over dens funktionelle rolle og undersøge dens indre arkitektur — de komponenter og processer, der muliggør præcis bevægelse.

Intern arkitektur: De tre vigtigste undersystemer

An AC servodrev er generelt sammensat af tre primære funktionstrin, der konverterer indgående vekselstrøm til præcist kontrolleret vekselstrøm til motoren, baseret på feedbacksignaler:

1. Strømkonverteringsstadiet (Ensretteren):

   • Den 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 kondensatorbank .

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

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

2. Power Inversion Stage (Inverteren):

   • Dette er kernestrømomskiftningssektionen, der typisk omfatter et array af Isolerede-gate bipolære transistorer (IGBT'er) .

   • Den control board uses Puls Width Modulation (PWM) teknikker til hurtigt at skifte IGBT'erne og konvertere DC-spændingen tilbage til en trefaset AC-bølgeform.

   • Det er afgørende, at drevet styrer frekvens, størrelse og fase af denne output AC-bølgeform med ekstrem høj opløsning for præcist at styre motorens hastighed og drejningsmoment.

3. Kontrol- og behandlingsstadiet (Hjernen):

   • Dette inkluderer mikroprocessoren eller Digital Signal Processor (DSP) der udfører kontrolsløjferne.

   • Den behandler de indkommende positions-/hastighedskommandoer og bruger realtidsfeedback fra motorens encoder eller resolver.

   • Derefter kører den PID kontrolsløjfer and Feltorienteret kontrol (FOC) algoritmer til at beregne de nøjagtige PWM-udfyringssignaler, der kræves til invertertrinnet for at eliminere enhver fejl mellem kommandoen og den faktiske motorposition.

Den Critical Role of Field-Oriented Control (FOC)

Den superior performance of the AC servodrev sammenlignet med en standard VFD kommer ned til dens brug af Feltorienteret kontrol (FOC) , nogle gange kaldet Vector Control.

• Den Problem: Styring af en AC-motor er kompleks, fordi drejningsmomentet og fluxen er koblet sammen (afhængigt af hinanden).

• Den FOC Solution: Den DSP in the drive mathematically transforms the motor's three-phase AC currents ( $i_a,i_b,i_c$ ) fra den fysiske stator-referenceramme til en roterende to-akset DC-referenceramme ( $i_d,i_q$ ).

  • Den d-akse strøm ( $i_d$ ) styrer magnetisk flux (eller felt).

  • Den q-akse strøm ( $i_q$ ) styrer drejningsmoment .

• Den Advantage: Ved at afkoble flux og drejningsmoment kan drevet præcist og hurtigt styre drejningsmomentet, hvilket giver motoren en høj dynamisk respons svarende til den for en højtydende jævnstrømsmotor. Dette er afgørende for den hurtige acceleration og præcise positionering, der definerer et servosystem.

Overvejelser om effektvurdering

Når du vælger en AC servodrev , dens effektmærke er kritisk og skal matches til motor- og applikationskravene. Denne vurdering definerer drevets evne til at håndtere de nødvendige:

• Kontinuerlig strøm: Den current the drive can safely supply during continuous operation (steady state).

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

Den sophisticated architecture of the AC servodrev er det, der gør den i stand til pålideligt at levere høje spidsstrømme til dynamisk bevægelse, samtidig med at den opretholder ekstremt præcis kontrol over position, hastighed og drejningsmoment, hvilket gør den uundværlig i avanceret automatisering.