مع التطور السريع لتكنولوجيا المحركات الحديثة ، تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة الحديثة ، تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة ، تكنولوجيا مواد المغناطيس الدائم ، تكنولوجيا تنظيم السرعة القابلة للتعديل بالتيار المتردد وتكنولوجيا التحكم ، تكنولوجيا مؤازرة التيار المتردد ذات المغناطيس الدائم لديها تطور كبير. يتحسن أداء نظام مؤازر التيار المتردد للمغناطيس الدائم يومًا بعد يوم ، ويميل السعر إلى أن يكون معقولًا ، مما يجعل نظام مؤازر التيار المتردد ذو المغناطيس الدائم يحل محل نظام مؤازر التيار المستمر ، خاصة في مجال الدقة العالية ، أصبحت متطلبات الأداء العالي لمحرك الأقراص المؤازرة اتجاه تطوير نظام الدفع المؤازر الكهربائي الحديث.
يتمتع نظام مؤازر التيار المتردد ذو المغناطيس الدائم بالمزايا التالية:
محرك لا فرشاة ومبدل ، عمل موثوق به ، صيانة وصيانة بسيطة ؛
لف الجزء الثابت وتبديد الحرارة بسرعة ؛
القصور الذاتي الصغير ، من السهل تحسين سرعة النظام ؛
مناسبة لحالة العمل عالية السرعة وعزم الدوران الكبير ؛
تحت نفس القوة ، الحجم والوزن الأصغر ، يستخدمان على نطاق واسع في أدوات الآلات ، المعدات الميكانيكية ، آلية المناولة ، معدات الطباعة ، روبوت التجميع ، آلات المعالجة ، آلة اللف عالية السرعة ، آلات النسيج وغيرها من المناسبات ، لتلبية احتياجات تطوير مجال الإرسال.
بعد تطوير الوضع التناظري والهجين ، دخل محرك نظام مؤازر التيار المتردد للمغناطيس الدائم العصر الرقمي. لا يتغلب محرك المؤازرة الرقمي الكامل فقط على التشتت الكبير ، وانحراف الصفر ، والموثوقية المنخفضة وغيرها من التحديدات الخاصة بالمؤازرة التناظرية ، ولكنه يوفر أيضًا الاستفادة الكاملة من مزايا التحكم الرقمي في دقة التحكم وطريقة التحكم المرنة ، مما يجعل محرك المؤازرة ليس بسيطًا فقط هيكل ، ولكن أيضًا أداء أكثر موثوقية. الآن ، نظام المؤازرة عالي الأداء ، معظم نظام المؤازرة AC المغناطيس الدائم بما في ذلك محرك مؤازر AC متزامن مغناطيسي دائم ومحرك مؤازر متزامن مغناطيسي دائم رقمي بالكامل.
يتكون محرك الأقراص المؤازرة من جزأين: جهاز القيادة وخوارزمية التحكم. تعد خوارزمية التحكم واحدة من التقنيات الرئيسية لتحديد أداء نظام مؤازر التيار المتردد ، والذي يعد الجزء الرئيسي من حظر تكنولوجيا أجهزة التيار المتردد الأجنبية وجوهر احتكار التكنولوجيا.
الهيكل الأساسي لنظام مؤازر مغناطيسي دائم التيار المتردد
يتكون محرك المؤازرة المتزامن ذو المغناطيس الدائم AC بشكل أساسي من وحدة التحكم المؤازرة ، ووحدة محرك الطاقة ، ووحدة واجهة الاتصال ، والمحرك المؤازر وجهاز الكشف عن التغذية الراجعة المقابل. هيكلها موضح في الشكل 1. تشتمل وحدة التحكم المؤازرة على جهاز التحكم في الموضع ، وجهاز التحكم في السرعة ، وعزم الدوران ، وجهاز التحكم الحالي ، وما إلى ذلك. يدمج برنامج التشغيل المتزامن للمغناطيس الدائم AC تقنية التحكم المتقدمة واستراتيجية التحكم ، بحيث يكون مناسبًا جدًا لمتطلبات الدقة العالية والأداء العالي لمجال محرك المؤازرة ، ولكنه يعكس أيضًا الذكاء القوي ، والمرونة لا تضاهى بنظام القيادة التقليدي.
في الوقت الحاضر ، يتبنى محرك المؤازرة السائد معالج الإشارات الرقمية (dsp) كنواة تحكم. وتتمثل ميزته في أنه يمكن أن يحقق خوارزمية تحكم أكثر تعقيدًا ، وأن الأمور تتم رقمنتها وشبكتها وذكية. تستخدم أجهزة الطاقة عمومًا وحدة طاقة ذكية (ipm) كتصميم أساسي لدائرة القيادة ، ودائرة محرك متكاملة داخلية ipm ، ولديها جهد زائد ، وتيار زائد ، وارتفاع درجة الحرارة ، والجهد المنخفض ، ودائرة حماية أخرى للكشف عن الأعطال ، في الدائرة الرئيسية أضافت أيضًا دائرة بداية ناعمة من أجل تقليل تأثير عملية البدء على السائق.
يمكن تقسيم برنامج التشغيل المؤازر إلى وحدتين ، لوحة الطاقة ولوحة التحكم. كما هو مبين في الشكل 2 ، لوحة الطاقة (لوحة القيادة) عبارة عن قسم كهربائي قوي ، والذي يتضمن وحدتين. أحدهما هو وحدة محرك الطاقة ipm المستخدمة لقيادة المحرك ، والآخر هو وحدة إمداد الطاقة التحويلية لتوفير الطاقة الرقمية والتناظرية للنظام بأكمله.
لوحة التحكم هي الجزء الحالي الضعيف ، جوهر التحكم للمحرك وحامل التشغيل لخوارزمية التحكم الأساسية لتقنية محرك المؤازرة. تقوم لوحة التحكم بإخراج إشارة pwm من خلال الخوارزمية المقابلة ، والتي تُستخدم كإشارة قيادة لدائرة القيادة لتغيير طاقة خرج العاكس ، وذلك لتحقيق الغرض من التحكم في محرك سيرفو AC متزامن ثلاثي الأطوار ذو مغناطيس دائم.
وحدة محرك الطاقة
تقوم وحدة قيادة الطاقة أولاً بتصحيح المدخلات ثلاثية الطور أو الطاقة الرئيسية من خلال دائرة مقوم الجسر الكامل ثلاثية الطور للحصول على التيار المباشر المقابل. يتم تشغيل المحرك المؤازر AC المتزامن ذو المغناطيس الدائم ثلاثي الأطوار بواسطة محول تردد الجهد الجيبي pwm ثلاثي الطور بعد التصحيح الجيد. يمكن وصف العملية الكاملة لوحدة محرك الطاقة ببساطة بأنها عملية ac-dc-ac. الدائرة الطوبولوجية الرئيسية لـ ac-dc هي دائرة المعدل غير المتحكم فيه ذات الجسر الكامل ثلاثية الطور.
يعتمد الجزء العاكس (dc-ac) على وحدة الطاقة الذكية (ipm) التي تدمج دائرة القيادة ودائرة الحماية ومفتاح الطاقة. الهيكل الرئيسي هو الرسم التخطيطي لدائرة العاكس ثلاثي الطور الموضح في الشكل 3. باستخدام تقنية تعديل عرض النبضة (pwm) ، يغير تعديل عرض النبضة (PWM) تردد خرج الموجة للعاكس عن طريق تغيير البديل على -وقت إيقاف ترانزستور الطاقة ، ويغير نسبة وقت التشغيل-الإيقاف للترانزستور في كل نصف دورة. وهذا يعني ، عن طريق تغيير عرض النبضة لتغيير القيمة المساعدة لجهد خرج العاكس لتحقيق الغرض من تنظيم الطاقة.
vt1 ~ vt6 في الشكل 3 عبارة عن ستة أنابيب لمفتاح الطاقة ، تمثل s1 و s2 و s3 على التوالي ثلاثة أذرع جسر. يتم تحديد حالة التبديل لكل ذراع جسر على النحو التالي: عندما يكون أنبوب التبديل لذراع الجسر العلوي في حالة "التشغيل" (يجب أن يكون أنبوب التبديل لذراع الجسر السفلي في حالة "إيقاف التشغيل" في هذا الوقت) ، حالة التبديل هي 1 ؛ عندما يكون أنبوب مفتاح ذراع الجسر السفلي في حالة "تشغيل" (يجب أن يكون أنبوب مفتاح ذراع الجسر السفلي في حالة "إيقاف التشغيل") ، تكون حالة التبديل 0. تحتوي أذرع الجسر الثلاثة على حالتين فقط هما "0" و "1" ، لذلك تشكل s1 و s2 و s3 ثمانية أوضاع تبديل للأنبوب هي 000 و 001 و 010 و 011 و 100 و 101 و 111 ، من بينها أوضاع التحويل 000 و 111 تجعل جهد خرج العاكس صفرًا ، لذلك يُطلق على وضع التبديل هذا حالة الصفر. جهد خط الإخراج هو uab و ubc و uca ، ويكون جهد الطور هو ua و ub و uc ، حيث udc هو جهد مصدر طاقة التيار المستمر. يمكن الحصول على تحليل الجدول المرفق وفقًا لما سبق.
وحدة التحكم
وحدة التحكم هي جوهر نظام مؤازر التيار المتردد بالكامل ، مما يحقق التحكم في موضع النظام والتحكم في السرعة وعزم الدوران ووحدة التحكم الحالية. لا يتمتع معالج الإشارات الرقمية (dsp) بقدرة معالجة سريعة للبيانات فحسب ، بل يدمج أيضًا ASIC الغني للتحكم في المحرك ، مثل محول a / d ، ومولد pwm ، ودائرة عداد التوقيت ، ودائرة الاتصالات غير المتزامنة ، وجهاز إرسال واستقبال ناقل ، وثابت عالي السرعة قابل للبرمجة ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة البرنامج ذات السعة الكبيرة. يدرك سائق المؤازرة التحكم في المتجهات (vc) من خلال اعتماد مبدأ التحكم في اتجاه المجال المغناطيسي (foc) وتنسيق التحويل ، والتحكم في المحرك من خلال الجمع بين وضع التحكم في تعديل عرض النبض الجيبي (spwm). يتحكم التحكم المتجه للمحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم عمومًا في التيار أو الجهد الثابت عن طريق اكتشاف أو تقدير موضع وسعة تدفق الجزء المتحرك للمحرك. بهذه الطريقة ، يرتبط عزم المحرك فقط بالتدفق والتيار ، وهو مشابه لطريقة التحكم في محرك التيار المستمر ويمكنه الحصول على أداء تحكم عالي. بالنسبة للمحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم ، يكون موضع التدفق للعضو الدوار هو نفس الوضع الميكانيكي للعضو الدوار. بهذه الطريقة ، يمكن معرفة موضع التدفق لدوار المحرك من خلال الكشف عن الموضع الفعلي للدوار ، بحيث يتم تبسيط التحكم المتجه للمحرك المتزامن بالمغناطيس الدائم مقارنةً بالمحرك غير المتزامن.
محرك سيرفو يعمل بمغناطيس دائم يعمل بالتيار المتردد (PMSM)
عندما يتحكم سائق المؤازرة في محرك سيرفو مغناطيسي دائم AC ، يمكنه العمل تحت وضع التحكم الحالي (عزم الدوران) والسرعة والموضع على التوالي. يظهر مخطط كتلة هيكل التحكم للنظام في الشكل 4. نظرًا لأن محرك سيرفو المغناطيس الدائم AC (pmsm) يستخدم إثارة مغناطيسية دائمة ، يمكن اعتبار مجاله المغناطيسي ثابتًا. في نفس الوقت ، فإن سرعة محرك محرك سيرفو المغناطيس الدائم AC هي سرعة متزامنة ، أي أن ثورتها صفر. تقلل هذه الظروف بشكل كبير من تعقيد النموذج الرياضي للسائق المؤازر AC الذي يقود محرك سيرفو المغناطيس الدائم AC. كما يتضح من الشكل 4 ، يعتمد النظام على قياس ردود الفعل الحالية على مرحلتين (ia ، ib) للمحرك وموضع المحرك. من خلال الجمع بين تيار الطور المقاس (ia ، ib) مع معلومات الموقع ، تم الحصول على مكونات id و iq من خلال تغيير الإحداثيات (من نظام الإحداثيات a ، b ، c إلى نظام إحداثيات الدوار d ، q) ، ثم دخلت في المنظمين الحاليين لكل منها. يمر خرج المنظم الحالي من خلال تغيير الإحداثيات العكسي (من نظام الإحداثيات d ، q إلى نظام الإحداثيات أ ، ب ، ج) للحصول على تعليمات الجهد ثلاثية الطور. شريحة التحكم ، من خلال تعليمات الجهد ثلاثية الطور ، بعد الرجوع والتأخير ، تحصل على إخراج 6 موجات pwm إلى جهاز الطاقة للتحكم في تشغيل المحرك. في النظام في ظل وضع إدخال تعليمات مختلف ، وإرشادات وتعليقات من خلال منظم التحكم المقابل ، احصل على المستوى التالي من التعليمات المرجعية. في الحلقة الحالية ، يكون المكون الحالي لعزم الدوران (iq) لمحور d ، q هو الإخراج أو الخارجي الذي يقدمه منظم التحكم في السرعة. بشكل عام ، يكون مكون التدفق هو صفر (المعرف =0) ، ولكن عندما تكون السرعة أكبر من القيمة الحدية ، يمكن الحصول على قيمة سرعة أعلى من خلال الضعف المغناطيسي (المعرف "0").
يتم تحقيق التحول من نظام الإحداثيات a و b و c إلى نظام الإحداثيات d و q عن طريق تحويل كلارك والمتنزه ؛ يتم تحقيق التحول من إحداثيات dq إلى a و b و c من خلال التحويل المتناقض لكل من Clark و Parker.