La physique du contrôle : plongée dans l'architecture des servomoteurs AC

Le Servomoteur AC est une pjeèce sophjestjequée ré’électronjeque rée pujessunnce quje représente un trjeomphe de la théorie du contrôle appliquée à l’ingénierie électrique. Pour comprendre ses capacités de haute performance, il est essentiel de regarder au-delà de son rôle fonctionnel et d'examiner ses architecture interne —les composants et les processus qui permettent un mouvement précis.

Architecture interne : les trois principaux sous-systèmes

Un Servomoteur AC est généralement composé de trois étapes fonctionnelles principales qui convertissent le courant alternatif entrant en courant alternatif contrôlé avec précision pour le moteur, sur la base de signaux de retour :

1. Étape de conversion de puissance (le redresseur) :

   • Le 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 Batterie de condensateurs du circuit intermédiaire .

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

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

2. Étape d'inversion de puissance (l'onduleur) :

   • Il s'agit de la section de commutation de puissance principale, comprenant généralement un ensemble de Transistors bipolaires à grille isolée (IGBT) .

   • Le control board uses Modulation de largeur d'impulsion (PWM) techniques pour commuter rapidement les IGBT, reconvertissant la tension continue en une forme d'onde CA triphasée.

   • Fondamentalement, le lecteur contrôle le fréquence, amplitude et phase de cette forme d'onde CA de sortie avec une résolution extrêmement élevée pour gérer avec précision la vitesse et le couple du moteur.

3. Étape de contrôle et de traitement (le cerveau) :

   • Cela inclut le microprocesseur ou Processeur de signal numérique (DSP) qui exécute les boucles de contrôle.

   • Il traite les commandes de position/vitesse entrantes et utilise le retour d'information en temps réel de l'encodeur ou du résolveur du moteur.

   • Il exécute ensuite le Boucles de contrôle PID and Contrôle orienté champ (FOC) algorithmes pour calculer les signaux d'allumage PWM exacts requis pour l'étage de l'onduleur afin d'éliminer toute erreur entre la commande et la position réelle du moteur.

Le Critical Role of Field-Oriented Control (FOC)

Le superior performance of the Servomoteur AC par rapport à un VFD standard se résume à son utilisation de Contrôle orienté champ (FOC) , parfois appelé contrôle vectoriel.

• Le Problem: Le contrôle d'un moteur AC est complexe car le couple et le flux sont couplés (interdépendants).

• Le FOC Solution: Le DSP in the drive mathematically transforms the motor's three-phase AC currents ( $i_a,i_b,i_c$ ) du référentiel physique du stator vers un référentiel DC rotatif à deux axes ( $i_d,i_q$ ).

  • Le courant de l'axe d ( $i_d$ ) contrôle le flux magnétique (ou champ).

  • Le Courant sur l'axe q ( $i_q$ ) contrôle le couple .

• Le Advantage: En découplant le flux et le couple, le variateur peut commander le couple avec précision et rapidité, conférant au moteur une réponse dynamique élevée similaire à celle d'un moteur à courant continu hautes performances. Ceci est essentiel pour l’accélération rapide et le positionnement précis qui définissent un système d’asservissement.

Considérations relatives à la puissance nominale

Lors de la sélection d'un Servomoteur AC , c'est puissance nominale est essentiel et doit être adapté aux exigences du moteur et de l'application. Cette note définit la capacité du variateur à gérer les éléments requis :

• Courant continu : Le current the drive can safely supply during continuous operation (steady state).

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

Le sophisticated architecture of the Servomoteur AC c'est ce qui lui permet de fournir de manière fiable des courants de pointe élevés pour un mouvement dynamique tout en maintenant un contrôle extrêmement précis de la position, de la vitesse et du couple, ce qui le rend indispensable dans l'automatisation avancée.