فيزياء التحكم: الخوض في هندسة محرك سيرفو التيار المتردد

ال محرك سيرفو التيار المتردد عبارة عن قطعة متطورة من إلكترونيات الطاقة تمثل انتصارًا لنظرية التحكم المطبقة على الهندسة الكهربائية. لفهم قدراتها عالية الأداء، من الضروري النظر إلى ما هو أبعد من دورها الوظيفي وفحصها العمارة الداخلية - المكونات والعمليات التي تمكن الحركة الدقيقة.

العمارة الداخلية: الأنظمة الفرعية الثلاثة الرئيسية

ان محرك سيرفو التيار المتردد يتكون بشكل عام من ثلاث مراحل وظيفية أساسية تقوم بتحويل طاقة التيار المتردد الواردة إلى طاقة تيار متردد يتم التحكم فيها بدقة للمحرك، بناءً على إشارات التغذية الراجعة:

1. مرحلة تحويل الطاقة (المقوم):

   • ال 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 بنك مكثف DC-Lأناnk .

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

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

2. مرحلة انقلاب الطاقة (العاكس):

   • هذا هو قسم تبديل الطاقة الأساسي، والذي يشتمل عادةً على مجموعة من الترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة (IGBTs) .

   • ال control board uses تعديل عرض النبض (PWM) تقنيات لتبديل IGBTs بسرعة، وتحويل جهد التيار المستمر مرة أخرى إلى شكل موجة تيار متردد ثلاثي الطور.

   • والأهم من ذلك، أن محرك الأقراص يتحكم في التردد والحجم والمرحلة من شكل موجة التيار المتردد الناتج بدقة عالية للغاية لإدارة سرعة المحرك وعزم الدوران بدقة.

3. مرحلة التحكم والمعالجة (الدماغ):

   • وهذا يشمل المعالج الدقيق أو معالج الإشارة الرقمية (DSP) الذي ينفذ حلقات التحكم.

   • يقوم بمعالجة أوامر الموضع/السرعة الواردة ويستخدم ردود الفعل في الوقت الفعلي من برنامج التشفير أو محلل المحرك.

   • ثم يقوم بتشغيل حلقات التحكم PID و التحكم الميداني (FOC) خوارزميات لحساب إشارات إطلاق PWM الدقيقة المطلوبة لمرحلة العاكس لإزالة أي خطأ بين الأمر وموضع المحرك الفعلي.

ال Critical Role of Field-Oriented Control (FOC)

ال superior performance of the محرك سيرفو التيار المتردد بالمقارنة مع VFD القياسي، يعود الأمر إلى استخدامه التحكم الميداني (FOC) ، ويسمى أحيانًا التحكم في المتجهات.

• ال Problem: يعد التحكم في محرك التيار المتردد أمرًا معقدًا لأن عزم الدوران والتدفق مقترنان (مترابطان).

• ال FOC Solution: ال DSP in the drive mathematically transforms the motor's three-phase AC currents ( ${أنا}_{أ},{أنا}_{ب},{أنا}_{ج}$ ) من الإطار المرجعي للجزء الثابت الفعلي إلى إطار مرجعي DC ثنائي المحور ( ${أنا}_{د},{أنا}_{س}$ ).

  • ال تيار المحور د ( ${أنا}_{د}$ ) يتحكم في التدفق المغناطيسي (أو الميدان).

  • ال تيار المحور س ( ${أنا}_{س}$ ) يتحكم في عزم الدوران .

• ال Advantage: من خلال فصل التدفق وعزم الدوران، يمكن للمحرك التحكم في عزم الدوران بدقة وسرعة، مما يمنح المحرك استجابة ديناميكية عالية مماثلة لتلك الخاصة بمحرك DC عالي الأداء. يعد هذا أمرًا ضروريًا للتسريع السريع وتحديد المواقع الدقيقة التي تحدد نظام المؤازرة.

اعتبارات تصنيف الطاقة

عند اختيار محرك سيرفو التيار المتردد ، لها تصنيف الطاقة أمر بالغ الأهمية ويجب أن يكون مطابقًا لمتطلبات المحرك والتطبيق. يحدد هذا التصنيف قدرة محرك الأقراص على التعامل مع ما يلي:

• التيار المستمر: ال current the drive can safely supply during continuous operation (steady state).

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

ال sophisticated architecture of the محرك سيرفو التيار المتردد هو ما يمكّنها من تقديم تيارات ذروة عالية بشكل موثوق للحركة الديناميكية مع الحفاظ على تحكم دقيق للغاية في الموضع والسرعة وعزم الدوران، مما يجعلها لا غنى عنها في الأتمتة المتقدمة.