Styrningens fysik: Fördjupning i AC Servo Drive Architecture

Den AC Servo Drive är ett sofistikerat stycke kraftelektronik som representerar en triumf av kontrollteori tillämpad på elektroteknik. För att förstå dess högpresteroche kapacitet är det viktigt att se bortom dess funktionella roll och undersöka dess inre arkitektur — komponenterna och processerna som möjliggör exakta rörelser.

Intern arkitektur: De tre huvudsakliga delsystemen

An AC Servo Drive består i allmänhet av tre primära funktionssteg som omvandlar inkommande växelström till exakt kontrollerad växelström för motorn, baserat på återkopplingssignaler:

1. Effektomvandlingssteg (likriktaren):

   • 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-länk kondensatorbank .

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

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

2. Power Inversion Steg (växelriktaren):

   • Detta är kärnkraftomkopplingssektionen, som vanligtvis består av en uppsättning av Bipolära transistorer med isolerad grind (IGBT) .

   • Den control board uses Pulsbreddsmodulering (PWM) tekniker för att snabbt växla IGBT:erna, omvandla likspänningen tillbaka till en trefas växelströmsvågform.

   • Det avgörande är att enheten styr frekvens, magnitud och fas av denna utgående AC-vågform med extremt hög upplösning för att exakt hantera motorns hastighet och vridmoment.

3. Kontroll- och bearbetningsstadiet (Hjärnan):

   • Detta inkluderar mikroprocessorn eller Digital Signal Processor (DSP) som exekverar kontrollslingorna.

   • Den behandlar inkommande positions-/hastighetskommandon och använder realtidsfeedback från motorns pulsgivare eller resolver.

   • Den kör sedan PID-kontrollslingor and Fältorienterad kontroll (FOC) algoritmer för att beräkna de exakta PWM-tändningssignalerna som krävs för växelriktarsteget för att eliminera eventuella fel mellan kommandot och den faktiska motorpositionen.

Den Critical Role of Field-Oriented Control (FOC)

Den superior performance of the AC Servo Drive jämfört med en standard VFD beror på dess användning av Fältorienterad kontroll (FOC) , ibland kallad Vector Control.

• Den Problem: Att styra en växelströmsmotor är komplicerat eftersom vridmomentet och flödet är kopplade (inbördes beroende).

• Den FOC Solution: Den DSP in the drive mathematically transforms the motor's three-phase AC currents ( $i_a,i_b,i_c$ ) från den fysiska statorreferensramen till en roterande tvåaxlig DC-referensram ( $i_d,i_q$ ).

  • Den d-axelström ( $i_d$ ) kontrollerar magnetiskt flöde (eller fält).

  • Den q-axelström ( $i_q$ ) kontrollerar vridmoment .

• Den Advantage: Genom att koppla bort flöde och vridmoment kan frekvensomriktaren exakt och snabbt styra vridmomentet, vilket ger motorn en hög dynamisk respons som liknar den för en högpresterande likströmsmotor. Detta är viktigt för den snabba accelerationen och exakta positioneringen som definierar ett servosystem.

Överväganden om effektklassificering

När du väljer en AC Servo Drive , dess märkeffekt är kritisk och måste anpassas till motor- och applikationskraven. Denna klassificering definierar enhetens förmåga att hantera följande:

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

• Toppström: 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 Servo Drive är vad som gör det möjligt för den att tillförlitligt leverera höga toppströmmar för dynamisk rörelse samtidigt som den bibehåller extremt exakt kontroll över position, hastighet och vridmoment, vilket gör den oumbärlig i avancerad automation.