制御の物理学: AC サーボ ドライブ アーキテクチャの詳細

の ACサーボドライブ は、電気工学に適用された制御理論の勝利を表す、洗練されたパワー エレクトロニクスです。その高性能機能を理解するには、その機能的な役割を超えて、その機能を調べることが不可欠です。 内部アーキテクチャ −正確な動きを可能にするコンポーネントとプロセス。

内部アーキテクチャ: 3 つの主要なサブシステム

アン ACサーボドライブ 通常、フィードバック信号に基づいて、入力 AC 電力をモーター用に正確に制御された AC 電力に変換する 3 つの主要な機能ステージで構成されます。

1. 電力変換ステージ (整流器）:

   • の 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 リンク コンデンサ バンク .

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

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

2. 電力反転ステージ (インバーター):

   • これはコアの電力スイッチング セクションで、通常は次のアレイで構成されます。 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ (IGBT) .

   • の control board uses パルス幅変調 (PWM) IGBT を迅速にスイッチングして、DC 電圧を三相 AC 波形に変換する技術です。

   • 重要なのは、ドライブが 周波数、振幅、位相 この出力 AC 波形を非常に高い分解能で解析し、モーターの速度とトルクを正確に管理します。

3. 制御および処理段階 (脳):

   • これにはマイクロプロセッサまたは デジタルシグナルプロセッサー(DSP) 制御ループを実行します。

   • 受信した位置/速度コマンドを処理し、モーターのエンコーダーまたはレゾルバーからのリアルタイム フィードバックを使用します。

   • 次に、 PID制御ループ そして フィールド指向制御 (FOC) インバーター段に必要な正確な PWM 点火信号を計算するアルゴリズムを使用して、コマンドと実際のモーター位置の間の誤差を排除します。

の Critical Role of Field-Oriented Control (FOC)

の superior performance of the ACサーボドライブ 標準的な VFD と比較して、その使用方法は次のとおりです。 フィールド指向制御 (FOC) 、ベクトル制御とも呼ばれます。

• の Problem: AC モーターの制御は、トルクと磁束が連動している (相互依存している) ため複雑です。

• の FOC Solution: の DSP in the drive mathematically transforms the motor's three-phase AC currents ( ${私は}_{ある}、{私は}_b、{私は}_c$ ) 物理的なステータ基準フレームから回転 2 軸 DC 基準フレーム ( ${私は}_d、{私は}_q$ ）。

  • の d軸電流( ${私は}_d$ ) を制御します 磁束 （またはフィールド）。

  • の q軸電流( ${私は}_q$ ) を制御します トルク .

• の Advantage: 磁束とトルクを切り離すことにより、ドライブはトルクを正確かつ迅速に指令することができ、モーターに高性能 DC モーターと同様の高い動的応答を与えます。これは、サーボ システムの特徴である素早い加速と正確な位置決めに不可欠です。

電力定格に関する考慮事項

を選択するときは、 ACサーボドライブ 、その 定格電力 は重要であり、モーターとアプリケーションの要求に適合させる必要があります。この評価は、必要なものを処理するドライブの能力を定義します。

• 連続電流: の current the drive can safely supply during continuous operation (steady state).

• ピーク電流: の maximum current the drive can supply for a short duration (e.g., during rapid acceleration), which determines the system's dynamic response.

の sophisticated architecture of the ACサーボドライブ これにより、位置、速度、トルクの極めて正確な制御を維持しながら、ダイナミックな動きのための高いピーク電流を確実に供給できるため、高度な自動化には不可欠なものとなっています。