Ang Physics of Control: Delving Into AC Servo Drive Architecture

Ang AC Servo Drive ay isang sopistikadong piraso ng electronics ng kapangyarihan na kumakatawan sa isang tagumpay ng control theory na inilalapat sa electrical engineering. Upang maunawaan ang mga kakayahan ng mataas na pagganap nito, mahalaga na tumingin sa kabila ng pagganap na papel nito at suriin ang mga ito Panloob na arkitektura -Ang mga sangkap at proseso na nagbibigay -daan sa tumpak na paggalaw.

Panloob na arkitektura: Ang tatlong pangunahing subsystem

An AC Servo Drive ay karaniwang binubuo ng tatlong pangunahing yugto ng pag -atar na nagko -convert ng papasok na kapangyarihan ng AC sa tumpak na kinokontrol na kapangyarihan ng AC para sa motor, batay sa mga signal ng feedback:

1. Yugto ng conversion ng kuryente (ang rectifier):

   • Ang 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 Capacitor Bank .

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

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

2. Power Inversion Stage (Ang Inverter):

   • Ito ang pangunahing seksyon ng paglilipat ng kuryente, karaniwang binubuo ng isang hanay ng Insulated-gate bipolar transistors (IGBT) .

   • Ang control board uses Pulse Width Modulation (PWM) Mga pamamaraan upang mabilis na lumipat ang mga IGBT, na nagko-convert ng boltahe ng DC pabalik sa isang three-phase AC waveform.

   • Crucially, kinokontrol ng drive ang Kadalasan, magnitude, at phase Sa output na AC waveform na may sobrang mataas na resolusyon upang tumpak na pamahalaan ang bilis at metalikang kuwintas ng motor.

3. Kontrolin at yugto ng pagproseso (ang utak):

   • Kasama dito ang microprocessor o Digital Signal Processor (DSP) Na nagsasagawa ng control loops.

   • Pinoproseso nito ang papasok na posisyon/bilis ng mga utos at gumagamit ng feedback ng real-time mula sa encoder o resolver ng motor.

   • Pagkatapos ay pinapatakbo nito ang Mga loop ng control ng PID and Control na nakatuon sa larangan (FOC) Ang mga algorithm upang makalkula ang eksaktong mga signal ng pagpapaputok ng PWM na kinakailangan para sa yugto ng inverter upang maalis ang anumang pagkakamali sa pagitan ng utos at ang aktwal na posisyon ng motor.

Ang Critical Role of Field-Oriented Control (FOC)

Ang superior performance of the AC Servo Drive Kumpara sa isang pamantayang VFD ay bumababa sa paggamit nito Control na nakatuon sa larangan (FOC) , kung minsan ay tinatawag na control ng vector.

• Ang Problem: Ang pagkontrol sa isang motor ng AC ay kumplikado dahil ang metalikang kuwintas at pagkilos ng bagay ay kaisa (magkakaugnay).

• Ang FOC Solution: Ang DSP in the drive mathematically transforms the motor's three-phase AC currents ( $i_a,i_b,i_c$ ) mula sa frame ng sangguniang pisikal na stator sa isang umiikot na two-axis DC reference frame ( $i_d,i_q$ ).

  • Ang D-axis kasalukuyang ( $i_d$ ) Kinokontrol ang Magnetic Flux (o bukid).

  • Ang Q-axis kasalukuyang ( $i_q$ ) Kinokontrol ang metalikang kuwintas .

• Ang Advantage: Sa pamamagitan ng pagkabulok ng pagkilos ng bagay at metalikang kuwintas, ang drive ay maaaring tumpak at mabilis na mag-utos ng metalikang kuwintas, na nagbibigay sa motor ng isang mataas na dynamic na tugon na katulad ng sa isang mataas na pagganap na motor na DC. Mahalaga ito para sa mabilis na pagpabilis at tumpak na pagpoposisyon na tumutukoy sa isang sistema ng servo.

Mga pagsasaalang -alang sa rating ng kuryente

Kapag pumipili ng isang AC Servo Drive , ito rating ng kuryente ay kritikal at dapat na maitugma sa motor at mga kahilingan sa aplikasyon. Ang rating na ito ay tumutukoy sa kakayahan ng drive na hawakan ang kinakailangan:

• Tuloy -tuloy na kasalukuyang: Ang current the drive can safely supply during continuous operation (steady state).

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

Ang sophisticated architecture of the AC Servo Drive ay kung ano ang nagbibigay -daan sa maaasahan na maghatid ng mataas na rurok na alon para sa pabago -bagong paggalaw habang pinapanatili ang lubos na tumpak na kontrol sa posisyon, bilis, at metalikang kuwintas, na ginagawa itong kailangang -kailangan sa advanced na automation.