Con el rápido desarrollo de la tecnología de motores modernos, la tecnología electrónica de potencia moderna, la tecnología microelectrónica, la tecnología de materiales de imanes permanentes, la tecnología de regulación de velocidad ajustable de CA y la tecnología de control, la tecnología servo de CA de imanes permanentes tiene un gran desarrollo. El rendimiento del servosistema de CA de imán permanente está mejorando día a día, y el precio tiende a ser razonable, lo que hace que el servosistema de CA de imán permanente reemplace al servosistema de CC, especialmente en el campo de la alta precisión, los requisitos de alto rendimiento del servoaccionamiento se han convertido una tendencia de desarrollo del moderno sistema de servoaccionamiento eléctrico.
El servosistema de CA de imán permanente tiene las siguientes ventajas:
Motor sin escobillas y conmutador, trabajo confiable, mantenimiento y mantenimiento simple;
Disipación rápida del calor del devanado del estator;
Pequeña inercia, fácil de mejorar la rapidez del sistema;
Adecuado para condiciones de trabajo de alta velocidad y gran torque;
Bajo la misma potencia, menor volumen y peso, ampliamente utilizado en máquinas herramientas, equipos mecánicos, mecanismos de manejo, equipos de impresión, robots de ensamblaje, maquinaria de procesamiento, bobinadoras de alta velocidad, maquinaria textil y otras ocasiones, para satisfacer las necesidades de desarrollo de la campo de transmisión
Después del desarrollo del modo analógico e híbrido, el controlador del servosistema de CA de imán permanente ha entrado en la era digital. El servoaccionamiento digital completo no solo supera la gran dispersión, la deriva cero, la baja confiabilidad y otras determinaciones del servoanálogo, sino que también aprovecha al máximo las ventajas del control digital en la precisión del control y el método de control flexible, lo que hace que el servoaccionamiento no solo sea simple. Estructura, pero también un rendimiento más fiable. Ahora, el servosistema de alto rendimiento, la mayor parte del servosistema de CA de imán permanente, incluido el servomotor de CA síncrono de imán permanente y el servocontrolador síncrono de imán permanente de CA totalmente digital en dos partes.
El servoaccionamiento consta de dos partes: el hardware del accionamiento y el algoritmo de control. El algoritmo de control es una de las tecnologías clave para determinar el rendimiento del servosistema de CA, que es la parte principal del bloqueo de la servotecnología de CA extranjera y el núcleo del monopolio tecnológico.
La estructura básica del servosistema de imán permanente de CA
El servocontrolador síncrono de imán permanente de CA se compone principalmente de una unidad de servocontrol, una unidad de accionamiento de potencia, una unidad de interfaz de comunicación, un servomotor y el dispositivo de detección de retroalimentación correspondiente. Su estructura se muestra en la Figura 1. La unidad de servocontrol incluye un controlador de posición, un controlador de velocidad, un controlador de par y corriente, etc. Nuestro controlador síncrono de imán permanente de CA integra tecnología de control avanzada y estrategia de control, por lo que es muy adecuado para requisitos de alta precisión y alto rendimiento del campo de servoaccionamiento, pero también refleja la inteligencia poderosa, la flexibilidad es incomparable al sistema de accionamiento tradicional.
En la actualidad, el servocontrolador convencional adopta un procesador de señal digital (dsp) como núcleo de control. Su ventaja es que puede realizar un algoritmo de control más complejo y los asuntos están digitalizados, conectados en red e inteligentes. Los dispositivos de potencia generalmente usan el módulo de potencia inteligente (ipm) como el diseño central del circuito de accionamiento, circuito de accionamiento integrado interno de ipm, y tiene sobretensión, sobrecorriente, sobrecalentamiento, subtensión y otro circuito de protección de detección de fallas, en el circuito principal también se agregó un circuito de arranque suave , con el fin de reducir el impacto del proceso de arranque en el conductor.
El servocontrolador se puede dividir en dos módulos, placa de alimentación y placa de control. Como se muestra en la Figura 2, la placa de potencia (placa de transmisión) es un departamento eléctrico fuerte, que incluye dos unidades. Una es la unidad de accionamiento de potencia ipm utilizada para accionar el motor y la otra es la unidad de fuente de alimentación conmutada para proporcionar potencia digital y analógica para todo el sistema.
El tablero de control es la parte de corriente débil, el núcleo de control del motor y el portador de funcionamiento del algoritmo de control central de la tecnología del servocontrolador. La placa de control emite una señal pwm a través del algoritmo correspondiente, que se utiliza como señal de activación del circuito de activación para cambiar la potencia de salida del inversor, a fin de lograr el propósito de controlar el servomotor de CA síncrono de imán permanente trifásico.
Unidad de accionamiento de potencia
La unidad de accionamiento de potencia primero rectifica la entrada de alimentación trifásica o de red a través del circuito rectificador de puente completo trifásico para obtener la corriente continua correspondiente. El servomotor de CA síncrono de imán permanente trifásico es accionado por el convertidor de frecuencia de voltaje pwm sinusoidal trifásico después de una buena rectificación. Todo el proceso de la unidad de potencia se puede describir simplemente como un proceso ac-dc-ac. El principal circuito topológico de CA-CC es el circuito rectificador no controlado de puente completo trifásico.
La parte del inversor (dc-ac) adopta el módulo de potencia inteligente (ipm) que integra el circuito de accionamiento, el circuito de protección y el interruptor de potencia. La topología principal es el diagrama esquemático del circuito inversor trifásico que se muestra en la Figura 3. Usando la técnica de modulación de ancho de pulso (pwm), la modulación de ancho de pulso (PWM) cambia la frecuencia de la forma de onda de salida del inversor cambiando la alternancia en -tiempo de apagado del transistor de potencia, y cambia la relación de tiempo de encendido-apagado del transistor en cada medio ciclo. Es decir, cambiando el ancho de pulso para cambiar el valor auxiliar de voltaje de salida del inversor para lograr el propósito de regulación de potencia.
vt1 ~ vt6 en la Figura 3 son seis tubos interruptores de potencia, s1, s2 y s3 representan respectivamente tres brazos de puente. El estado del interruptor de cada brazo del puente se especifica de la siguiente manera: cuando el tubo del interruptor del brazo del puente superior está en estado "encendido" (el tubo del interruptor del brazo del puente inferior debe estar en el estado "apagado" en este momento), el estado del interruptor es 1; Cuando el tubo del interruptor del brazo del puente inferior está en estado "encendido" (entonces el tubo del interruptor del brazo del puente inferior debe estar en el estado "apagado"), el estado del interruptor es 0. Los tres brazos del puente solo tienen dos estados de "0" y "1", por lo que s1, s2 y s3 forman ocho modos de válvulas de conmutación de 000, 001, 010, 011, 100, 101 y 111 , entre los cuales los modos de conmutación 000 y 111 hacen que el voltaje de salida del inversor sea cero, por lo que este modo de conmutación se denomina estado cero. La tensión de línea de salida es uab, ubc y uca, y la tensión de fase es ua, ub y uc, donde udc es la tensión de alimentación de CC. El análisis de la tabla adjunta se puede obtener de acuerdo con lo anterior.
Unidad de control
La unidad de control es el núcleo de todo el servosistema de CA y realiza el control de posición del sistema, el control de velocidad, el par y el controlador de corriente. El procesador de señal digital (dsp) no solo tiene una capacidad de procesamiento de datos rápida, sino que también integra un rico ASIC para el control del motor, como un convertidor a/d, un generador de pwm, un circuito de contador de tiempo, un circuito de comunicación asíncrona, un transceptor de bus de lata y estático programable de alta velocidad. ram y memoria de programa de gran capacidad. El servocontrolador realiza el control vectorial (vc) al adoptar el principio de control de la orientación del campo magnético (foc) y la transformación de coordenadas, y controla el motor al combinar el modo de control de modulación de ancho de pulso sinusoidal (spwm). El control vectorial del motor síncrono de imanes permanentes generalmente controla la corriente o el voltaje del estator al detectar o estimar la posición y la amplitud del flujo del rotor del motor. De esta forma, el par del motor solo está relacionado con el flujo y la corriente, lo que es similar al método de control del motor de CC y puede obtener un alto rendimiento de control. Para el motor síncrono de imanes permanentes, la posición de flujo del rotor es la misma que la posición mecánica del rotor. De esta forma, la posición de flujo del rotor del motor puede conocerse detectando la posición real del rotor, de modo que el control vectorial del motor síncrono de imanes permanentes se simplifica en comparación con el del motor asíncrono.
Servomotor de imán permanente de CA controlado por servocontrolador (pmsm)
Cuando el servocontrolador controla el servomotor de imán permanente de CA, puede funcionar en el modo de control de corriente (par), velocidad y posición, respectivamente. El diagrama de bloques de la estructura de control del sistema se muestra en la Figura 4. Dado que el servomotor de imanes permanentes de CA (pmsm) usa excitación de imanes permanentes, su campo magnético puede considerarse constante. Al mismo tiempo, la velocidad del motor del servomotor de imán permanente de CA es la velocidad síncrona, es decir, su revolución es cero. Estas condiciones reducen en gran medida la complejidad del modelo matemático del servocontrolador de CA que acciona el servomotor de imanes permanentes de CA. Como se puede observar en la Figura 4, el sistema se basa en medir la realimentación de corriente bifásica (ia, ib) del motor y la posición del motor. Al combinar la corriente de fase medida (ia, ib) con la información de posición, se obtuvieron los componentes id e iq a través del cambio de coordenadas (del sistema de coordenadas a, b, c al sistema de coordenadas del rotor d, q), y luego entraron en sus respectivos reguladores vigentes. La salida del regulador de corriente pasa por el cambio de coordenadas inverso (del sistema de coordenadas d, q al sistema de coordenadas a, b, c) para obtener la instrucción de voltaje trifásico. El chip de control, a través de la instrucción de voltaje trifásico, después de la inversión y el retraso, obtiene una salida de 6 ondas pwm al dispositivo de potencia para controlar el funcionamiento del motor. En el sistema bajo diferentes modos de entrada de instrucciones, instrucciones y retroalimentación a través del regulador de control correspondiente, obtenga el siguiente nivel de instrucción de referencia. En el lazo de corriente, la componente de corriente de par (iq) de los ejes d, q es la salida o externa dada por el regulador de control de velocidad. En general, el componente de flujo es cero (id=0), pero cuando la velocidad es mayor que el valor límite, se puede obtener un valor de velocidad mayor a través del debilitamiento magnético (id "0").
La transformación del sistema de coordenadas a, b, c al sistema de coordenadas d, q se realiza mediante la transformación de Clarke y Park; La transformación de las coordenadas dq a a, b, c se realiza con la transformación contravariante de Clark y Parker.