Servo -asemat, moottorit ja niitä hallitsevat laitteet edustavat kestävää kasvumahdollisuutta auto- ja teollisuusjärjestelmien innovaatioiden ja tuotantotekniikan edistymisen vuoksi. Auto- ja kuljetusteollisuuden odotetaan vastaavan servomoottorien suurimman osan ja lisäävän myyntiä vuosina 2022–2022. Ajojen, ohjaimien ja servomoottorien kysyntä on edelleen vahva auttaa yrityksiä parantamaan tehokkuutta teollisuusympäristöissä.
Ohjaus- ja nopeus-/vääntömomentinhallintavaatimukset ja tekniikat vaihtelevat moottorityyppisesti, etäisyyden ja virran yksinkertaisesta hallinnasta tasavirtamoottoreihin ja yleiskäyttöön tarkoitettujen moottorien käyttämiseen vaihtovirtamoottoreihin, eri vaiheiden palautteen vaihtaminen harjattomissa moottoreissa ja kompleksissa, ja kompleksi Digitaalinen piirin askelmoottoriveto. Jopa perinteisille analogisille moottoreille, kuten induktiomoottoreille ja kytkettyille vastahakoisuustyypeille, nykypäivän perinteiseen analogiseen tekniikkaan liittyy yhä hienostuneempia digitaalisia ohjausmenetelmiä, jotka sallivat ratkaisut toteuttaa edullisin kustannuksin. Mikroelektronisten laitteiden käyttö mahdollistaa paremman nopeuden, aseman ja vääntömomentin hallinnan sekä suuremman tehokkuuden.
Kuva 1: Moottorin ohjaus IC -lohkokaavio (kuva: Maxim integroitu)
Moottorin ohjauspiirien on kytkettävä virta nopeasti päälle ja pois päältä moottorikelmissä minimoimalla samalla kytkentä- tai johtamishäviöt. Sekä MOSFET: t että eristetyt portin bipolaariset transistorit (IGBT) vastaavat moottorin ohjauksen tarpeita useissa sovelluksissa. Näillä sähköohjauslaitteilla on samanlaiset toiminnot ja ominaisuudet, ja niiden sisäisessä suunnittelussa on päällekkäisyyksiä. Useimmissa sovelluksissa niitä käytetään H-siltakokoonpanossa nykyisen polun hallitsemiseksi kahteen tai useampaan moottorikelain. Tämä mahdollistaa moottorin nopeuden ja suunnan täydellisen hallinnan (kuva 1).
Moottorin yleiskatsaus
Kaikkien suunnitteluprojektien, joka sisältää moottorin tai mekaanisen aseman vaatimuksen, on arvioitava, käytetäänkö jatkuvaa virran suunnittelua vai askel- tai servomoottoria. Jatkuvassa moottorissa pysyviä magneetteja tai käämiä käytetään staattisen magneettikentän luomiseen staattoriin. Roottori koostuu keloista, joissa virta tulee grafiittikarjojen kautta, jotka on puristettu pyörivän akselin jakoputkeen. Nykyinen virtaa peräkkäisten käämien läpi kiertoa ylläpitämiseksi.
AC -moottorit voivat olla synkronisia tai asynkronisia. Asynkronisissa moottoreissa (tunnetaan myös nimellä induktiomoottorit) staattorin käämitykset on järjestetty muodostamaan karkeasti sinimuotoinen jakauma. Synkronisiin moottoreihin kuuluvat harjattomat tasavirta- ja vaihtovirtamoottorit sekä kytkettyjä vastahakoisuusmoottoreita ja moottoreita, joita käyttävät sinimuotoiset jännitelähteet.
Harjattomissa moottoreissa roottorilla on pysyviä magneetit ja staattorissa sijaitsevat käämit ohjaavat kontrollielektroniikan asianmukaisessa sekvenssissä. Harjaton DC -moottori ajaa jatkuva signaalin kytkentäsekvenssi eri staattorin käämillä. Harjattomat vaihtovirtamoottorit voidaan tehdä synkronisiksi vaihtovirtamoottoreiksi, joissa on pysyviä magneeteja; Tässä tapauksessa niitä ajaa sinimuotoiset signaalit. Harjojen puuttuminen lisää tehokkuutta poistamalla kitkalähteet. Kytkimien mekaanisten osien puuttuminen mahdollistaa suuremman pyörimisnopeuden saavuttamisen.
Stepper -moottorit ovat harjattomia synkronisia moottoreita, jotka käyttävät tasavirta. Roottori pysyy paikallaan tietyssä asennossa. Stepper -moottorit voivat erittäin kiertää roottorin akselia tarkasti muutaman asteen käyttämättä antureita kulman asennon havaitsemiseksi.
Avainparametrit
Kuten useimmissa elektronisissa komponenteissa, useita avain- ja spesifisiä suorituskykyparametreja määrittää laitteen ja sovelluksen välisen alkuperäisen vastaavuuden. Moottorin ohjauslaitteiden keskeiset parametrit ovat nykyiset ja jännitteenhallintaarvot, koska ne määrittävät, voivatko tietty komponentti tukea moottorin kuormitusvaatimuksia.
MOSFET: ien kohdalla seuraavat avainparametrit ovat aktiivinen vastus (RDS (ON)) ja portin kapasitanssi. Pienempi vastus vähentää vastushäviöitä ja jännitteen pudotusta tilan aikana, mikä vähentää hajoavaa kuormaa ja parantaa tehokkuutta. Portikapasiteetti määrittää taajuuden ja virranopeuden, jota tarvitaan portin kokonaan sallimiseksi ja poistamiseksi käytöstä halutulla siirtymäajalla (kytkentänopeus). IGBT: ille seuraava kriittinen parametri on jännitteen pudotus (VDROP), joka on diodien ja sisäisten MOSFET: ien osuuksien summa PN -risteyksen läpi. Lämpötilan ja virran tasot vaikuttavat RDS (ON) ja VDROP -parametreihin.
Yleensä MOSFET: t tarjoavat korkeamman kytkentänopeuden (MHz: ssä) ja korkeammat huippuvirrat. IGBT: t tarjoavat nykyiset arvot noin 10 A ja ovat vankkoja, mutta niillä on hitaampi kytkentänopeus. Moottorin ohjaussovelluksissa perussääntö on, että MOSFET: t ovat parempi valinta pienemmälle jännitteelle ja virralle ja korkeammalle kytkentätaajuudelle, kun taas IGBT: t ovat parempi valinta korkeammalle jännitteelle/virralle ja alhaisemmalle taajuudelle.