La fisica del controllo: approfondimento sull'architettura del servoazionamento CA

Il Servounzioooooooonamento CA è un sofisticato pezzo di elettronica di potenza che rappresenta un trionfo della teoria del controllo applicata all'ingegneria elettrica. Per comprendere le sue capacità ad alte prestazioni, è essenziale guardare oltre il suo ruolo funzionale ed esaminarlo architettura interna —i componenti e i processi che consentono un movimento preciso.

Architettura interna: i tre sottosistemi principali

An Servounzioooooooonamento CA è generalmente composto da tre stadi funzionali primari che convertono la potenza CA in ingresso in potenza CA controllata con precisione per il motore, in base ai segnali di feedback:

1. Fase di conversione della potenza (il raddrizzatore):

   • Il 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 Banco di condensatori del collegamento CC .

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

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

2. Fase di inversione di potenza (l'inverter):

   • Questa è la sezione di commutazione dell'alimentazione principale, che in genere comprende una serie di Transistor bipolari a gate isolato (IGBT) .

   • Il control board uses Modulazione di larghezza di impulso (PWM) tecniche per commutare rapidamente gli IGBT, riconvertendo la tensione CC in una forma d'onda CA trifase.

   • Fondamentalmente, l'unità controlla il frequenza, ampiezza e fase di questa forma d'onda AC in uscita con una risoluzione estremamente elevata per gestire con precisione la velocità e la coppia del motore.

3. Fase di controllo ed elaborazione (il cervello):

   • Ciò include il microprocessore o Processore di segnale digitale (DSP) che esegue i cicli di controllo.

   • Elabora i comandi di posizione/velocità in ingresso e utilizza il feedback in tempo reale dall'encoder o dal risolutore del motore.

   • Quindi esegue il file Anelli di controllo PID and Controllo ad orientamento di campo (FOC) algoritmi per calcolare gli esatti segnali di accensione PWM richiesti per lo stadio inverter per eliminare qualsiasi errore tra il comando e la posizione effettiva del motore.

Il Critical Role of Field-Oriented Control (FOC)

Il superior performance of the Servounzioooooooonamento CA rispetto a un VFD standard si riduce al suo utilizzo Controllo ad orientamento di campo (FOC) , a volte chiamato Controllo vettoriale.

• Il Problem: Il controllo di un motore CA è complesso perché la coppia e il flusso sono accoppiati (interdipendenti).

• Il FOC Solution: Il DSP in the drive mathematically transforms the motor's three-phase AC currents ( $i_a,i_b,i_c$ ) dal quadro di riferimento fisico dello statore a un quadro di riferimento CC rotante a due assi ( $i_d,i_q$ ).

  • Il Corrente sull'asse D ( $i_d$ ) controlla il flusso magnetico (o campo).

  • Il Corrente dell'asse q ( $i_q$ ) controlla il coppia .

• Il Advantage: Disaccoppiando flusso e coppia, l'azionamento può comandare la coppia in modo rapido e preciso, conferendo al motore un'elevata risposta dinamica simile a quella di un motore CC ad alte prestazioni. Ciò è essenziale per l'accelerazione rapida e il posizionamento preciso che definiscono un servosistema.

Considerazioni sulla potenza nominale

Quando si seleziona un Servounzioooooooonamento CA , è potenza nominale è fondamentale e deve essere adattato alle esigenze del motore e dell'applicazione. Questa valutazione definisce la capacità dell'unità di gestire i requisiti richiesti:

• Corrente continua: Il current the drive can safely supply during continuous operation (steady state).

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

Il sophisticated architecture of the Servounzioooooooonamento CA è ciò che gli consente di fornire in modo affidabile correnti di picco elevate per il movimento dinamico mantenendo un controllo estremamente preciso su posizione, velocità e coppia, rendendolo indispensabile nell'automazione avanzata.