Con il rapido sviluppo della moderna tecnologia dei motori, della moderna tecnologia dell'elettronica di potenza, della tecnologia microelettronica, della tecnologia dei materiali a magneti permanenti, della tecnologia di regolazione della velocità regolabile CA e della tecnologia di controllo, la tecnologia servo CA a magneti permanenti ha avuto un grande sviluppo. Le prestazioni del servosistema AC a magneti permanenti stanno migliorando di giorno in giorno e il prezzo tende ad essere ragionevole, il che fa sì che il servosistema AC a magneti permanenti sostituisca il servosistema DC, specialmente nel campo dell'alta precisione, i requisiti ad alte prestazioni del servoazionamento sono diventati una tendenza di sviluppo del moderno sistema di servoazionamento elettrico.
Il servosistema CA a magneti permanenti presenta i seguenti vantaggi:
Motore senza spazzole e commutatore, lavoro affidabile, semplice manutenzione e manutenzione;
Dissipazione del calore dell'avvolgimento dello statore veloce;
Piccola inerzia, facile migliorare la rapidità del sistema;
Adatto per condizioni di lavoro ad alta velocità e coppia elevata;
Con la stessa potenza, volume e peso ridotti, ampiamente utilizzati in macchine utensili, attrezzature meccaniche, meccanismi di movimentazione, attrezzature per la stampa, robot di assemblaggio, macchinari di lavorazione, avvolgitori ad alta velocità, macchinari tessili e altre occasioni, per soddisfare le esigenze di sviluppo del campo di trasmissione.
Dopo lo sviluppo della modalità analogica e ibrida, il driver del servosistema CA a magneti permanenti è entrato nell'era digitale. Il servoazionamento completamente digitale non solo supera la grande dispersione, la deriva zero, la bassa affidabilità e altre determinazioni del servo analogico, ma offre anche pieno gioco ai vantaggi del controllo digitale nella precisione del controllo e nel metodo di controllo flessibile, rendendo il servoazionamento non solo semplice struttura, ma anche prestazioni più affidabili. Ora, il servosistema ad alte prestazioni, la maggior parte del servosistema CA a magneti permanenti, incluso il servomotore CA sincrono a magneti permanenti e il servoazionamento sincrono a magneti permanenti CA completamente digitale in due parti.
Il servoazionamento è costituito da due parti: l'hardware dell'azionamento e l'algoritmo di controllo. L'algoritmo di controllo è una delle tecnologie chiave per determinare le prestazioni del servosistema AC, che è la parte principale del blocco della tecnologia servo AC straniera e il nucleo del monopolio tecnologico.
La struttura di base del servosistema a magneti permanenti CA
Il servoazionamento sincrono a magneti permanenti CA è composto principalmente da un'unità di controllo del servo, un'unità di azionamento di potenza, un'unità di interfaccia di comunicazione, un servomotore e un dispositivo di rilevamento del feedback corrispondente. La sua struttura è mostrata nella Figura 1. L'unità di controllo del servo include controller di posizione, controller di velocità, controller di coppia e corrente e così via. Il nostro driver sincrono a magneti permanenti AC integra una tecnologia di controllo avanzata e una strategia di controllo, in modo che sia molto adatto per i requisiti di alta precisione e alte prestazioni del campo dei servoazionamenti, ma riflette anche la potente intelligenza, la flessibilità è incomparabile al sistema di azionamento tradizionale.
Allo stato attuale, il servoazionamento mainstream adotta il processore di segnale digitale (dsp) come nucleo di controllo. Il suo vantaggio è che può realizzare algoritmi di controllo più complessi e le questioni sono digitalizzate, collegate in rete e intelligenti. I dispositivi di alimentazione utilizzano generalmente un modulo di alimentazione intelligente (ipm) come design principale del circuito di azionamento, circuito di azionamento integrato interno ipm e ha un circuito di protezione da sovratensione, sovracorrente, surriscaldamento, sottotensione e altri circuiti di protezione per il rilevamento dei guasti, nel circuito principale è stato aggiunto anche un circuito di avvio graduale , al fine di ridurre l'impatto del processo di avviamento sul conducente.
Il servoazionamento può essere suddiviso in due moduli, scheda di potenza e scheda di controllo. Come mostrato nella Figura 2, la piastra di potenza (piastra di azionamento) è un reparto elettrico forte, che comprende due unità. Uno è l'unità di azionamento ipm utilizzata per azionare il motore e l'altro è l'unità di alimentazione a commutazione per fornire alimentazione digitale e analogica all'intero sistema.
La scheda di controllo è la parte a corrente debole, il nucleo di controllo del motore e il supporto in esecuzione dell'algoritmo di controllo principale della tecnologia del servoazionamento. La scheda di controllo emette il segnale pwm attraverso l'algoritmo corrispondente, che viene utilizzato come segnale di pilotaggio del circuito di pilotaggio per modificare la potenza di uscita dell'inverter, in modo da raggiungere lo scopo di controllare il servomotore CA sincrono a magneti permanenti trifase.
Unità motrice
L'unità di azionamento di potenza prima rettifica l'alimentazione trifase o di rete in ingresso attraverso il circuito raddrizzatore a ponte intero trifase per ottenere la corrente continua corrispondente. Il servomotore CA sincrono a magneti permanenti trifase è azionato dal convertitore di frequenza di tensione pwm sinusoidale trifase dopo una buona rettifica. L'intero processo dell'unità motrice può essere semplicemente descritto come processo ac-dc-ac. Il principale circuito topologico di ca-cc è il circuito raddrizzatore non controllato a ponte intero trifase.
La parte inverter (dc-ac) adotta il modulo di potenza intelligente (ipm) che integra il circuito di azionamento, il circuito di protezione e l'interruttore di alimentazione. La topologia principale è il diagramma schematico del circuito dell'inverter trifase mostrato in Figura 3. Utilizzando la tecnica della modulazione dell'ampiezza dell'impulso (pwm), la modulazione dell'ampiezza dell'impulso (PWM) modifica la frequenza della forma d'onda di uscita dell'inverter modificando l'alternanza su -off del transistor di potenza, e cambia il rapporto di tempo on-off del transistor in ogni mezzo ciclo. Vale a dire, modificando l'ampiezza dell'impulso per modificare il valore ausiliario della tensione di uscita dell'inverter per raggiungere lo scopo della regolazione della potenza.
vt1 ~ vt6 nella Figura 3 sono sei tubi di commutazione di alimentazione, s1, s2 e s3 rappresentano rispettivamente tre bracci del ponte. Lo stato di commutazione di ciascun braccio del ponte è specificato come segue: quando il tubo dell'interruttore del braccio del ponte superiore è nello stato "on" (il tubo dell'interruttore del braccio del ponte inferiore deve essere nello stato "off" in questo momento), lo stato dell'interruttore è 1; Quando il tubo dell'interruttore del braccio del ponte inferiore è nello stato "on" (quindi il tubo dell'interruttore del braccio del ponte inferiore deve essere nello stato "off"), lo stato dell'interruttore è 0. I tre bracci del ponte hanno solo due stati di "0" e "1", quindi s1, s2 e s3 formano otto modalità di commutazione del tubo di 000, 001, 010, 011, 100, 101 e 111 , tra cui le modalità di commutazione 000 e 111 rendono zero la tensione di uscita dell'inverter, quindi questa modalità di commutazione è chiamata stato zero. La tensione della linea di uscita è uab, ubc e uca e la tensione di fase è ua, ub e uc, dove udc è la tensione di alimentazione CC. L'analisi della tabella allegata può essere ottenuta secondo quanto sopra.
Centralina
L'unità di controllo è il cuore dell'intero servosistema AC, realizzando il controllo della posizione del sistema, il controllo della velocità, la coppia e il controller di corrente. Il processore di segnale digitale (dsp) non solo ha una rapida capacità di elaborazione dei dati, ma integra anche un ricco ASIC per il controllo del motore, come convertitore a/d, generatore pwm, circuito contatore di temporizzazione, circuito di comunicazione asincrono, ricetrasmettitore can bus e statico programmabile ad alta velocità ram e memoria di programma di grande capacità. Il servoazionamento realizza il controllo vettoriale (vc) adottando il principio di controllo dell'orientamento del campo magnetico (foc) e la trasformazione delle coordinate, e controlla il motore combinando la modalità di controllo della modulazione di larghezza dell'impulso sinusoidale (spwm). Il controllo vettoriale del motore sincrono a magneti permanenti generalmente controlla la corrente o la tensione dello statore rilevando o stimando la posizione e l'ampiezza del flusso del rotore del motore. In questo modo, la coppia del motore è correlata solo al flusso e alla corrente, che è simile al metodo di controllo del motore CC e può ottenere elevate prestazioni di controllo. Per il motore sincrono a magneti permanenti, la posizione del flusso del rotore è la stessa della posizione meccanica del rotore. In questo modo è possibile conoscere la posizione del flusso del rotore del motore rilevando la posizione effettiva del rotore, in modo da semplificare il controllo vettoriale del motore sincrono a magneti permanenti rispetto a quello del motore asincrono.
Servomotore a magneti permanenti CA controllato da servoazionamento (pmsm)
Quando il servoazionamento controlla il servomotore a magneti permanenti CA, può funzionare rispettivamente in modalità di controllo corrente (coppia), velocità e posizione. Il diagramma a blocchi della struttura di controllo del sistema è mostrato nella Figura 4. Poiché il servomotore a magneti permanenti CA (pmsm) utilizza l'eccitazione a magneti permanenti, il suo campo magnetico può essere considerato costante. Allo stesso tempo, la velocità del motore del servomotore a magneti permanenti CA è velocità sincrona, ovvero il suo giro è zero. Queste condizioni riducono notevolmente la complessità del modello matematico del servoazionamento CA che aziona il servomotore a magneti permanenti CA. Come si può vedere dalla Figura 4, il sistema si basa sulla misura della retroazione di corrente bifase (ia, ib) del motore e della posizione del motore. Combinando la corrente di fase misurata (ia, ib) con le informazioni sulla posizione, le componenti id e iq sono state ottenute attraverso il cambio di coordinate (dal sistema di coordinate a, b, c al sistema di coordinate del rotore d, q), e quindi stipulato nei rispettivi regolatori attuali. L'uscita del regolatore di corrente passa attraverso il cambio di coordinate inverso (dal sistema di coordinate d, q al sistema di coordinate a, b, c) per ottenere l'istruzione di tensione trifase. Il chip di controllo, attraverso l'istruzione di tensione trifase, dopo l'inversione e il ritardo, riceve 6 onde pwm in uscita al dispositivo di alimentazione per controllare il funzionamento del motore. Nel sistema in diverse modalità di immissione delle istruzioni, istruzione e feedback attraverso il regolatore di controllo corrispondente, ottenere il livello successivo di istruzione di riferimento. Nell'anello di corrente, la componente della corrente di coppia (iq) degli assi d, q è l'uscita o esterna fornita dal regolatore di controllo della velocità. In generale, la componente del flusso è zero (id=0), ma quando la velocità è maggiore del valore limite, è possibile ottenere un valore di velocità superiore tramite l'indebolimento magnetico (id "0").
La trasformazione dal sistema di coordinate a, b, c al sistema di coordinate d, q è realizzata dalla trasformazione di clarke e park; La trasformazione dalle coordinate dq alle coordinate a, b, c è realizzata con la trasformazione controvariante di Clark e Parker.