מימוש וניתוח עקרונות של מודול פונקציות של מנהל התקן סרוו

עם ההתפתחות המהירה של טכנולוגיית המנוע המודרנית, טכנולוגיית אלקטרוניקת הספק מודרנית, טכנולוגיית מיקרו-אלקטרוניקה, טכנולוגיית חומרי מגנט קבוע, טכנולוגיית ויסות מהירות מתכווננת AC וטכנולוגיית בקרה, לטכנולוגיית סרוו AC מגנט קבוע יש התפתחות רבה. הביצועים של מערכת סרוו AC מגנט קבוע משתפרים מיום ליום, והמחיר נוטה להיות סביר, מה שגורם למערכת סרוו AC מגנט קבוע להחליף את מערכת סרוו DC, במיוחד בתחום הדיוק הגבוה, דרישות ביצועים גבוהות של כונן סרוו הפכו מגמת פיתוח של מערכת הנעה סרוו חשמלית מודרנית.

למערכת סרוו AC מגנט קבוע יש את היתרונות הבאים:

מנוע ללא מברשת וקומוטטור, עבודה אמינה, תחזוקה ותחזוקה פשוטים;

סטאטור מתפתל פיזור חום מהיר;

אינרציה קטנה, קל לשפר את מהירות המערכת;

מתאים למצב עבודה במהירות גבוהה ומומנט גדול;

תחת אותו כוח, נפח ומשקל קטן יותר, בשימוש נרחב בכלי מכונות, ציוד מכני, מנגנון טיפול, ציוד הדפסה, רובוט הרכבה, מכונות עיבוד, מכונת פיתול במהירות גבוהה, מכונות טקסטיל ואירועים אחרים, כדי לענות על צורכי הפיתוח של שדה שידור.

לאחר הפיתוח של מצב אנלוגי והיברידי, הנהג של מערכת סרוו AC מגנט קבוע נכנס לעידן הדיגיטלי. כונן הסרוו הדיגיטלי המלא לא רק מתגבר על הפיזור הגדול, אפס הסחיפה, האמינות הנמוכה וקביעות אחרות של סרוו אנלוגי, אלא גם נותן משחק מלא ליתרונות השליטה הדיגיטלית בדייקנות השליטה ובשיטת הבקרה הגמישה, מה שהופך את כונן הסרוו לא רק לפשוט. מבנה, אבל גם ביצועים אמינים יותר. כעת, מערכת הסרוו עם ביצועים גבוהים, רוב מערכת הסרוו AC מגנט קבוע כולל מנוע AC סינכרוני AC סינכרוני ומנוע סרוו מגנט קבוע AC דיגיטלי מלא שני חלקים.

כונן הסרוו מורכב משני חלקים: חומרת הכונן ואלגוריתם הבקרה. אלגוריתם בקרה הוא אחת הטכנולוגיות המרכזיות לקביעת הביצועים של מערכת סרוו AC, שהיא החלק העיקרי של חסימת טכנולוגיית סרוו AC זרה וליבת המונופול הטכנולוגי.

המבנה הבסיסי של מערכת סרוו מגנט קבוע AC

דרייבר סרוו סינכרוני מגנט קבוע Ac מורכב בעיקר מיחידת בקרת סרוו, יחידת כונן כוח, יחידת ממשק תקשורת, מנוע סרוו ומכשיר זיהוי משוב מתאים. המבנה שלו מוצג באיור 1. יחידת בקרת הסרוו כוללת בקר מיקום, בקר מהירות, בקר מומנט וזרם וכן הלאה. הדרייבר הסינכרוני של מגנט AC קבוע שלנו משלב טכנולוגיית בקרה מתקדמת ואסטרטגיית בקרה, כך שהוא מתאים מאוד לדרישות דיוק גבוהות וביצועים גבוהים של תחום הנעת הסרוו, אך גם משקף את האינטליגנציה החזקה, הגמישות שאין דומה לה למערכת ההנעה המסורתית.

נכון לעכשיו, מנהל התקן הסרוו המרכזי מאמץ את מעבד האותות הדיגיטלי (dsp) בתור ליבת הבקרה. היתרון שלו הוא שהוא יכול לממש אלגוריתם בקרה מורכב יותר, והעניינים הם דיגיטליים, מרושתים וחכמים. התקני חשמל משתמשים בדרך כלל במודול כוח אינטליגנטי (ipm) כעיצוב הליבה של מעגל הכונן, מעגל כונן משולב פנימי של ipm, ויש לו מעגל הגנה מפני מתח יתר, זרם יתר, התחממות יתר, תת-מתח וזיהוי תקלות אחר, במעגל הראשי נוסף גם מעגל התחלה רכה , על מנת להפחית את ההשפעה של תהליך ההתחלה על הנהג.

ניתן לחלק את דרייבר הסרוו לשני מודולים, לוח חשמל ולוח בקרה. כפי שמוצג באיור 2, לוחית הכוח (לוחית הינע) היא מחלקה חשמלית חזקה, הכוללת שתי יחידות. האחת היא יחידת כונן הכוח ipm המשמשת להנעת המנוע, והשנייה היא יחידת אספקת הכוח המתחלפת כדי לספק כוח דיגיטלי ואנלוגי לכל המערכת.

לוח הבקרה הוא חלק הזרם החלש, ליבת הבקרה של המנוע והנושא הפועל של אלגוריתם בקרת הליבה של טכנולוגיית מנהל הסרוו. לוח הבקרה מוציא אות pwm דרך האלגוריתם המתאים, המשמש כאות ההנעה של מעגל ההנעה לשינוי הספק המוצא של המהפך, כדי להשיג את המטרה של שליטה במנוע סרוו AC סינכרוני של מגנט קבוע תלת פאזי.

יחידת הנעה כוח

יחידת הנעת הכוח מתקנת תחילה את הספק התלת פאזי או החשמל המבוא באמצעות מעגל מיישר הגשר המלא תלת פאזי כדי להשיג את הזרם הישר המתאים. מנוע סרוו AC סינכרוני עם מגנט קבוע תלת פאזי מונע על ידי ממיר תדר מתח סינוסואידי pwm תלת פאזי לאחר תיקון טוב. ניתן לתאר בפשטות את כל התהליך של יחידת כונן כוח כתהליך ac-dc-ac. המעגל הטופולוגי העיקרי של AC-dc הוא מעגל המיישר הבלתי מבוקר תלת פאזי מלא.

חלק המהפך (dc-ac) מאמץ את מודול הכוח החכם (ipm) המשלב את מעגל ההנעה, מעגל ההגנה ומתג ההפעלה. הטופולוגיה העיקרית היא דיאגרמה סכמטית של מעגל מהפך תלת-פאזי המוצגת באיור 3. באמצעות טכניקת אפנון רוחב הדופק (pwm), אפנון רוחב הדופק (PWM) משנה את תדירות צורת הגל הפלט של המהפך על ידי שינוי ההפעלה לסירוגין -זמן כיבוי של טרנזיסטור הכוח, ומשנה את יחס זמן הדלקה-כיבוי של הטרנזיסטור בכל חצי מחזור. כלומר, על ידי שינוי רוחב הדופק כדי לשנות את ערך העזר של מתח המוצא של המהפך כדי להשיג את מטרת ויסות ההספק.

vt1 ~ vt6 באיור 3 הם שישה צינורות מתג מתח, s1, s2 ו-s3 בהתאמה מייצגים שלוש זרועות גשר. מצב המתג של כל זרוע גשר מצוין כדלקמן: כאשר צינור המתג של זרוע הגשר העליונה נמצא במצב "מופעל" (צינור המתג של זרוע הגשר התחתונה חייב להיות במצב "כבוי" בשלב זה), מצב המתג הוא 1; כאשר צינור המתג של זרוע הגשר התחתון נמצא במצב "מופעל" (ואז צינור המתג של זרוע הגשר התחתון חייב להיות במצב "כבוי"), מצב המתג הוא 0. לשלוש זרועות הגשר יש רק שני מצבים של "0" ו-"1", כך ש-s1, s2 ו-s3 יוצרים שמונה מצבי צינור מיתוג של 000, 001, 010, 011, 100, 101 ו-111 , ביניהם מצבי המיתוג 000 ו-111 הופכים את מתח המוצא של המהפך לאפס, כך שמצב המיתוג הזה נקרא מצב אפס. מתח קו המוצא הוא uab, ubc ו-uca, ומתח הפאזה הוא ua, ub ו-uc, כאשר udc הוא מתח אספקת החשמל DC. ניתן לקבל את ניתוח הטבלה המצורפת לפי האמור לעיל.

יחידת בקרה

יחידת הבקרה היא הליבה של כל מערכת סרוו AC, מיישמת את בקרת מיקום המערכת, בקרת המהירות, בקר המומנט והזרם. מעבד האותות הדיגיטלי (dsp) לא רק בעל יכולת עיבוד נתונים מהירה, אלא גם משלב ASIC עשיר לבקרת מנוע, כגון ממיר/ממדי, מחולל pwm, מעגל מונה תזמון, מעגל תקשורת אסינכרוני, משדר אוטובוס וסטטי מהיר לתכנות. זיכרון RAM וזיכרון תוכניות קיבולת גדולה. דרייבר הסרוו מממש בקרת וקטור (vc) על ידי אימוץ עקרון הבקרה של אוריינטציה של שדה מגנטי (foc) ושינוי קואורדינטות, ושולט במנוע על ידי שילוב מצב בקרה של אפנון רוחב דופק סינוסואידי (spwm). בקרת הווקטור של מנוע סינכרוני מגנט קבוע שולטת בדרך כלל על זרם הסטטור או המתח על ידי זיהוי או אומדן המיקום והמשרעת של שטף הרוטור של המנוע. באופן זה, מומנט המנוע קשור רק לשטף ולזרם, אשר דומה לשיטת הבקרה של מנוע DC ויכול להשיג ביצועי בקרה גבוהים. עבור מנוע סינכרוני מגנט קבוע, מיקום השטף של הרוטור זהה למיקום המכני של הרוטור. בדרך זו, ניתן לדעת את מיקום השטף של הרוטור של המנוע על ידי זיהוי המיקום בפועל של הרוטור, כך שהבקרה הווקטורית של מנוע סינכרוני מגנט קבוע מפושטת בהשוואה לזה של המנוע האסינכרוני.

מגנט קבוע AC נשלט על ידי מנהל שרת סרוו מנוע סרוו (pmsm)

כאשר נהג הסרוו שולט במנוע הסרוו מגנט קבוע AC, הוא יכול לעבוד תחת מצב בקרת הזרם (מומנט), המהירות והמיקום בהתאמה. דיאגרמת הבלוק של מבנה הבקרה של המערכת מוצגת באיור 4. מכיוון שמנוע סרוו מגנט קבוע AC (pmsm) משתמש בעירור מגנט קבוע, ניתן להתייחס לשדה המגנטי שלו כקבוע. יחד עם זאת, מהירות המנוע של מנוע סרוו מגנט קבוע AC היא מהירות סינכרונית, כלומר המהפכה שלו היא אפס. תנאים אלו מפחיתים במידה ניכרת את המורכבות של המודל המתמטי של דרייבר סרוו AC המניע את מנוע הסרוו מגנט קבוע AC. כפי שניתן לראות מאיור 4, המערכת מבוססת על מדידת משוב הזרם הדו-פאזי (ia, ib) של המנוע ומיקום המנוע. על ידי שילוב של זרם הפאזה הנמדד (ia, ib) עם מידע המיקום, התקבלו רכיבי ה-id וה-iq באמצעות שינוי הקואורדינטות (ממערכת הקואורדינטות a,b,c למערכת הקואורדינטות הרוטור d,q), ולאחר מכן נכנסו לרגולטורים הנוכחיים שלהם. הפלט של ווסת הזרם עובר דרך שינוי הקואורדינטות ההפוך (ממערכת קואורדינטות d, q למערכת קואורדינטות a, b, c) כדי לקבל את הוראת המתח התלת פאזי. שבב הבקרה, באמצעות הוראת המתח התלת פאזי, לאחר היפוך והשהייה, מקבל פלט של 6 pwm גלים להתקן הכוח כדי לשלוט על פעולת המנוע. במערכת תחת מצב קלט הוראות שונה, הוראה ומשוב דרך ווסת הבקרה המתאים, קבל את הרמה הבאה של הוראת התייחסות. בלולאת הזרם, רכיב זרם המומנט (iq) של צירי d, q הוא הפלט או החיצוני שניתן על ידי ווסת בקרת המהירות. באופן כללי, רכיב השטף הוא אפס (id=0), אך כאשר המהירות גדולה מערך הגבול, ניתן לקבל ערך מהירות גבוה יותר באמצעות היחלשות מגנטית (id "0").

הטרנספורמציה ממערכת הקואורדינטות a,b,c למערכת הקואורדינטות d,q מתממשת על ידי טרנספורמציה של קלארק ופארק; הטרנספורמציה מ-dq ​​לקואורדינטות a, b, c מתממשת עם הטרנספורמציה הנגדית של קלארק ופארקר.