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交流伺服驱动器的原理

时间:2021-10-12    作者:星辰智能

随着现代电机进行技术、现代电力电子技术、微电子科学技术、永磁材料技术、交流可调速技术及控制技术等支撑快速发展,使得永磁交流伺服技术方面有着长足的发展。永磁交流伺服系统的性能日渐提高,价格趋于合理,使得永磁交流伺服系统可以取代直流伺服系统尤其是在高精度、高性能要求的交流伺服驱动器领域已经成了现代电伺服驱动系统的一个国家发展变化趋势。


永磁体交流伺服驱动器系统具有以下优点:

电机没有电刷和换向器,工作可靠,易于维护

定子绕组散热快

惯量小,易提高管理系统的快速性

适应于高速大力矩工作状态

同等功率、体积小、重量轻,广泛应用于机床、机械设备、搬运机构、印刷设备、装配机器人、加工机械、高速绕线机、纺织机械等场合,满足了传动领域的发展需要。

军用伺服电机 尺寸图_15-1.jpg

伺服驱动器经历了模拟式、模式进行混合式的发展后,目前进入了全数字的时代。全数字经济伺服驱动器设计不仅克服了模拟式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等确定,还充分发挥了数字温度控制在控制精度上的优势和控制方法的灵活,使交流驱动器技术不仅具有结构可以简单,而且使用性能方面更加的可靠。现在,高性能伺服系统,采用永磁交流伺服系统分析其中主要包括永磁同步交流伺服电动机和全数字文化交流伺服两部分。

交流驱动器有两部分组成:驱动器硬件和控制系统算法。控制分析算法是决定文化交流伺服系统性能好坏的关键技术之一,是国外交流伺服技术封锁的主要包括部分,也是在技术垄断的核心。


交流永磁体伺服系统的基本结构:
伺服驱动器有控制单元、动力驱动单元、通信接口单元、伺服电机和相应的反馈检测装置组成。伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等。交流驱动器集成了先进的控制技术和控制策略,非常适合高精度、高性能的伺服驱动领域。也说明了强大的智能性和灵活性是传统驱动系统无法比拟的。


目前主流的交流伺服驱动器均采用数字进行信号处理器(dsp)作为一个控制核心,其优点是可以有效实现比较分析复杂的控制系统算法,事项数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率管理模块(ipm)为核心技术设计的驱动电路,ipm内部集成了数据驱动电路,同时也是具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测环境保护工作电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动实施过程对驱动器的冲击。


交流伺服驱动可分为两个模块: 电源板和控制板。电源板(驱动板)是一种强大的功率单元,它包括两个单元,一个是驱动电机的功率驱动单元 ipm,另一个是为整个系统提供数字和模拟功率的开关电源单元。控制板是电机的弱电部分,是电机的控制核心,是控制算法的运行载体。为了控制三相永磁体同步交流伺服电机,控制板输出 pwm 信号作为驱动电路的驱动信号,以改变逆变器的输出功率。


功率驱动单元:

首先,电力驱动装置通过三相全桥整流电路对输入的三相电或城市电进行整流,得到相应的直流电。三相永磁体同步交流伺服电动机是由三相正弦 pwm 电压型逆变器驱动,动力传动装置的整个过程可以简单地描述为交-直-交流过程。整流机组(交直流)的主要拓扑结构是一个三相全桥无控整流器。


逆变器部分(dc-ac)采用了集驱动电路、保护电路和和功率开关于一体的智能功率模块(ipm),利用脉宽调制技术(PWM)改变逆变器输出波形的频率和每个半周期晶体管的通断时间比,也就是通过改变脉宽来改变逆变器输出电压对的值,达到调节功率的目的。


控制单元:
控制管理单元是整个交流伺服驱动器系统的核心,实现系统位置控制、速度控制、转矩和电流控制器。所采用的数字信号处理器(dsp)除具有快速的数据分析处理技术能力外,还集成了一个丰富的用于电机内部控制的专用集成电路,如a/d转换器、pwm发生器、定时计数器电路、异步通讯电路、can总线收发器以及高速的可编程静态ram和大容量的程序存储器等。伺服驱动器就是通过研究采用磁场定向的控制工作原理(foc) 和坐标变换,实现矢量控制(vc),同时我们结合正弦波脉宽调制(spwm)控制制度模式对电机需要进行有效控制。永磁同步电动机的矢量控制方式一般都是通过各种检测或估计电机转子磁通的位置及幅值来控制定子电流或电压,这样,电机的转矩便只和磁通、电流变化有关,与直流电机的控制评价方法比较相似,可以自己得到一定很高的控制产品性能。对于永磁同步电机,转子磁通位置与转子机械位置基本相同,这样通过这种检测转子的实际位置关系就可以得知电机转子的磁通位置,从而使永磁同步电机的矢量控制方面比起异步电机的矢量控制问题有所简化。

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