Dengan pesatnya perkembangan teknologi motor modern, teknologi elektronika daya modern, teknologi mikroelektronika, teknologi material magnet permanen, teknologi pengaturan kecepatan AC yang dapat disesuaikan dan teknologi kontrol, teknologi servo AC magnet permanen memiliki perkembangan yang luar biasa. Kinerja sistem servo AC magnet permanen meningkat dari hari ke hari, dan harganya cenderung masuk akal, yang membuat sistem servo AC magnet permanen menggantikan sistem servo DC, terutama di bidang presisi tinggi, persyaratan kinerja tinggi dari servo drive telah menjadi tren perkembangan sistem penggerak servo listrik modern.
Sistem servo AC magnet permanen memiliki keuntungan sebagai berikut:
Motor tanpa sikat dan komutator, pekerjaan andal, perawatan dan perawatan sederhana;
Pembuangan panas belitan stator cepat;
Inersia kecil, mudah untuk meningkatkan kecepatan sistem;
Cocok untuk kecepatan tinggi dan kondisi kerja torsi besar;
Di bawah kekuatan yang sama, volume dan berat yang lebih kecil, banyak digunakan pada peralatan mesin, peralatan mekanik, mekanisme penanganan, peralatan percetakan, robot perakitan, mesin pengolah, mesin penggulung berkecepatan tinggi, mesin tekstil dan acara lainnya, untuk memenuhi kebutuhan pengembangan bidang transmisi.
Setelah pengembangan mode analog dan hybrid, penggerak sistem servo AC magnet permanen telah memasuki era digital. Penggerak servo digital penuh tidak hanya mengatasi dispersi besar, penyimpangan nol, keandalan rendah, dan determinasi lain dari servo analog, tetapi juga memberikan permainan penuh untuk keunggulan kontrol digital dalam presisi kontrol dan metode kontrol fleksibel, membuat penggerak servo tidak hanya sederhana struktur, tetapi juga kinerja yang lebih handal. Sekarang, sistem servo kinerja tinggi, sebagian besar sistem servo AC magnet permanen termasuk motor servo AC sinkron magnet permanen dan driver servo sinkron magnet permanen AC digital penuh dua bagian.
Drive servo terdiri dari dua bagian: perangkat keras drive dan algoritma kontrol. Algoritme kontrol adalah salah satu teknologi kunci untuk menentukan kinerja sistem servo AC, yang merupakan bagian utama dari blokade teknologi servo AC asing dan inti dari monopoli teknologi.
Struktur dasar sistem servo magnet permanen AC
Driver servo sinkron magnet permanen ac terutama terdiri dari unit kontrol servo, unit penggerak daya, unit antarmuka komunikasi, motor servo, dan perangkat deteksi umpan balik yang sesuai. Strukturnya ditunjukkan pada Gambar 1. Unit kontrol servo meliputi pengontrol posisi, pengontrol kecepatan, pengontrol torsi dan arus, dan sebagainya. Driver sinkron magnet permanen AC kami mengintegrasikan teknologi kontrol canggih dan strategi kontrol, sehingga sangat cocok untuk presisi tinggi, persyaratan kinerja tinggi dari bidang penggerak servo, tetapi juga mencerminkan kecerdasan yang kuat, fleksibilitas tidak ada bandingannya dengan sistem penggerak tradisional.
Saat ini, driver servo arus utama mengadopsi prosesor sinyal digital (dsp) sebagai inti kontrol. Keuntungannya adalah dapat mewujudkan algoritma kontrol yang lebih kompleks, dan masalah didigitalkan, jaringan, dan cerdas. Perangkat daya umumnya menggunakan modul daya cerdas (ipm) sebagai desain inti dari sirkuit penggerak, sirkuit penggerak terintegrasi internal ipm, dan memiliki tegangan berlebih, arus berlebih, panas berlebih, tegangan rendah, dan sirkuit perlindungan deteksi kesalahan lainnya, di sirkuit utama juga ditambahkan sirkuit soft start , untuk mengurangi dampak proses mulai pada pengemudi.
Driver servo dapat dibagi menjadi dua modul, papan daya dan papan kontrol. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, pelat daya (pelat penggerak) adalah departemen listrik yang kuat, yang terdiri dari dua unit. Salah satunya adalah unit penggerak daya ipm yang digunakan untuk menggerakkan motor, dan yang lainnya adalah unit catu daya switching untuk menyediakan daya digital dan analog untuk keseluruhan sistem.
Papan kontrol adalah bagian arus yang lemah, inti kontrol motor dan pembawa berjalan dari algoritma kontrol inti dari teknologi penggerak servo. Papan kontrol mengeluarkan sinyal pwm melalui algoritme yang sesuai, yang digunakan sebagai sinyal penggerak dari sirkuit penggerak untuk mengubah daya keluaran inverter, sehingga mencapai tujuan mengendalikan motor servo AC sinkron magnet permanen tiga fase.
Unit penggerak daya
Unit penggerak daya pertama-tama memperbaiki input tiga fasa atau daya listrik melalui rangkaian penyearah jembatan penuh tiga fasa untuk mendapatkan arus searah yang sesuai. Motor servo AC sinkron magnet permanen tiga fase digerakkan oleh konverter frekuensi tegangan pwm sinusoidal tiga fase setelah perbaikan yang baik. Seluruh proses unit penggerak daya dapat dengan mudah digambarkan sebagai proses ac-dc-ac. Rangkaian topologi utama ac-dc adalah rangkaian penyearah tak terkendali jembatan tiga fasa penuh.
Bagian inverter (dc-ac) mengadopsi modul daya cerdas (ipm) yang mengintegrasikan sirkuit penggerak, sirkuit pelindung, dan sakelar daya. Topologi utama adalah diagram skema rangkaian inverter tiga fasa yang ditunjukkan pada Gambar 3. Dengan menggunakan teknik modulasi lebar pulsa (PWM), modulasi lebar pulsa (PWM) mengubah frekuensi bentuk gelombang keluaran inverter dengan mengubah arus bolak-balik. -waktu mati transistor daya, dan mengubah rasio waktu hidup-mati transistor di setiap setengah siklus. Artinya, dengan mengubah lebar pulsa untuk mengubah nilai tambahan tegangan keluaran inverter untuk mencapai tujuan pengaturan daya.
vt1 ~ vt6 pada Gambar 3 adalah enam tabung sakelar daya, s1, s2 dan s3 masing-masing mewakili tiga lengan jembatan. Status sakelar dari setiap lengan jembatan ditentukan sebagai berikut: ketika tabung sakelar lengan jembatan atas dalam keadaan "aktif" (tabung sakelar lengan jembatan bawah harus dalam keadaan "mati" saat ini), status sakelar adalah 1; Ketika tabung sakelar lengan jembatan bawah dalam keadaan "aktif" (maka tabung sakelar lengan jembatan bawah harus dalam keadaan "mati"), keadaan sakelar adalah 0. Tiga lengan jembatan hanya memiliki dua status "0" dan "1", jadi s1, s2, dan s3 membentuk delapan mode tabung penyambungan 000, 001, 010, 011, 100, 101, dan 111 , di antaranya mode switching 000 dan 111 membuat tegangan keluaran inverter menjadi nol, sehingga mode switching ini disebut keadaan nol. Tegangan saluran keluaran adalah uab, ubc dan uca, dan tegangan fasa adalah ua, ub dan uc, di mana udc adalah tegangan catu daya DC. Analisis tabel terlampir dapat diperoleh sesuai dengan yang di atas.
Unit kontrol
Unit kontrol adalah inti dari keseluruhan sistem servo AC, mewujudkan kontrol posisi sistem, kontrol kecepatan, torsi, dan pengontrol arus. Prosesor sinyal digital (dsp) tidak hanya memiliki kemampuan pemrosesan data yang cepat, tetapi juga mengintegrasikan ASIC yang kaya untuk kontrol motor, seperti konverter a/d, generator pwm, sirkuit penghitung waktu, sirkuit komunikasi asinkron, transceiver bus can dan statis yang dapat diprogram dengan kecepatan tinggi ram dan memori program berkapasitas besar. Pengemudi servo mewujudkan kontrol vektor (vc) dengan mengadopsi prinsip kontrol orientasi medan magnet (foc) dan transformasi koordinat, dan mengontrol motor dengan menggabungkan mode kontrol modulasi lebar pulsa (spwm) sinusoidal. Kontrol vektor motor sinkron magnet permanen umumnya mengontrol arus atau tegangan stator dengan mendeteksi atau memperkirakan posisi dan amplitudo fluks rotor motor. Dengan cara ini, torsi motor hanya terkait dengan fluks dan arus, yang mirip dengan metode kontrol motor DC dan dapat memperoleh kinerja kontrol yang tinggi. Untuk motor sinkron magnet permanen, posisi fluks rotor sama dengan posisi mekanik rotor. Dengan cara ini, posisi fluks rotor motor dapat diketahui dengan mendeteksi posisi sebenarnya dari rotor, sehingga kontrol vektor motor sinkron magnet permanen disederhanakan dibandingkan dengan motor asinkron.
Servo driver dikendalikan AC magnet permanen Servo Motor (pmsm)
Ketika driver servo mengontrol motor servo magnet permanen AC, ia dapat bekerja di bawah mode kontrol arus (torsi), kecepatan dan posisi masing-masing. Diagram blok struktur kontrol dari sistem ditunjukkan pada Gambar 4. Karena motor servo magnet permanen AC (pmsm) menggunakan eksitasi magnet permanen, medan magnetnya dapat dianggap konstan. Pada saat yang sama, kecepatan motor motor servo magnet permanen AC adalah kecepatan sinkron, yaitu revolusinya nol. Kondisi ini sangat mengurangi kompleksitas model matematis driver servo AC yang menggerakkan motor servo magnet permanen AC. Seperti dapat dilihat dari Gambar 4, sistem didasarkan pada pengukuran umpan balik arus dua fasa (ia, ib) dari motor dan posisi motor. Dengan menggabungkan arus fasa terukur (ia, ib) dengan informasi posisi, komponen id dan iq diperoleh melalui perubahan koordinat (dari sistem koordinat a, b, c ke sistem koordinat rotor d, q), kemudian masuk ke regulator masing-masing saat ini. Output dari regulator arus melewati perubahan koordinat terbalik (dari sistem koordinat d, q ke sistem koordinat a, b, c) untuk mendapatkan instruksi tegangan tiga fasa. Chip kontrol, melalui instruksi tegangan tiga fase, setelah mundur dan tertunda, mendapatkan output gelombang 6 pwm ke perangkat daya untuk mengontrol operasi motor. Dalam sistem di bawah mode input instruksi yang berbeda, instruksi dan umpan balik melalui regulator kontrol yang sesuai, dapatkan instruksi referensi tingkat berikutnya. Dalam loop arus, komponen arus torsi (iq) dari sumbu d, q adalah keluaran atau eksternal yang diberikan oleh pengatur pengatur kecepatan. Secara umum, komponen fluks adalah nol (id=0), tetapi ketika kecepatan lebih besar dari nilai batas, nilai kecepatan yang lebih tinggi dapat diperoleh melalui pelemahan magnet (id "0").
Transformasi dari sistem koordinat a, b, c ke sistem koordinat d, q diwujudkan dengan transformasi clarke dan park; Transformasi dari koordinat dq ke a, b, c diwujudkan dengan transformasi kontravarian Clark dan Parker.