Kontwòl mouvman endistriyèl kouvri nan yon pakèt domèn aplikasyon pou, ki soti nan fanatik ki baze sou varyateur oswa kontwòl ponp, nan automatisation faktori ak plis sofistike kontwòl AC kondwi, nan aplikasyon pou automatisation avanse tankou robotic ak kontwòl sèvè konplèks. Sistèm sa yo mande pou deteksyon ak fidbak nan anpil varyab tankou motè likidasyon aktyèl oswa vòltaj, DC otobis aktyèl oswa vòltaj, rotor pozisyon ak vitès. Seleksyon an nan varyab ak presizyon nan mezi obligatwa depann sou kondisyon yo ki nan fen-aplikasyon, achitekti sistèm, pri sistèm sib oswa konpleksite sistèm, ak lòt konsiderasyon tankou valè-te ajoute karakteristik tankou siveyans kondisyon. Avèk motè rapòte konsome 40% nan enèji nan mond lan, règleman entènasyonal yo te ogmante konsantre a sou efikasite sistèm nan tout aplikasyon pou mouvman endistriyèl, ogmante enpòtans ki genyen nan sa yo varyab, espesyalman aktyèl ak vòltaj.
Papye sa a konsantre sou deteksyon aktyèl ak vòltaj nan divès kalite motè kontwòl siyal chèn topoloji ki baze sou evalyasyon pouvwa motè, kondisyon pèfòmans sistèm, ak aplikasyon pou fen. Nan ka sa a, aplikasyon an motè kontwòl siyal chèn varye depann sou seleksyon Capteur, kondisyon izolasyon aktyèl, analòg-a-dijital konvètisè (ADC) seleksyon, entegrasyon sistèm, ak pouvwa sistèm ak séparation tè.
Ranje aplikasyon pou kondwi endistriyèl
Aplikasyon pou kontwòl motè varye soti nan inverseur senp nan kondwi sèvè konplèks, men tout gen ladan sistèm kontwòl motè ak etap pouvwa ak processeurs ki kondwi batman kè lajè modulateur (PWM) modil ak divès nivo nan deteksyon ak fidbak. Yon View senplifye nan seri a nan aplikasyon pou yo montre nan Figi 1, ilistre sistèm ki vin de pli zan pli konplèks kòm youn deplase de goch a dwat, ki soti nan sistèm kontwòl senp tankou ponp, fanatik, ak kompresè, nan sistèm ki ka aplike san yo pa bezwen an pou fidbak egzak, lè l sèvi avèk sèlman mikro senp. Kòm konpleksite sistèm ogmante nan direksyon fen a pi wo nan spectre an, sistèm kontwòl konplèks mande pou fidbak egzak ak interfaces kominikasyon vit. Egzanp yo gen ladan Capteur oswa sensorless kontwòl vektè nan endiksyon oswa motè leman pèmanan, osi byen ke gwo-pouvwa kondui endistriyèl ki fèt pou efikasite-tankou gwo ponp yo, fanatik ak kompresè yo montre nan Figi 1. Nan fen nan tèt nan spectre la, sofistike sèvè kondui yo te itilize nan aplikasyon pou tankou robotic, machin zouti, ak chwazi-ak kote-ak machin. Kòm sistèm vin pi konplèks, kèk ak fidbak nan varyab vin pi enpòtan.
Figi 1.Range nan aplikasyon pou kondwi endistriyèl.
Kondwi Achitèk - Sistèm Sélétant
Gen anpil defi nan konsepsyon sistèm nan adrès nan yon pakèt domèn aplikasyon pou nan kontwòl mouvman endistriyèl. Yo montre chèn siyal kontwòl motè jeneral la nan Figi 2.
Figi 2. Chèn siyal kontwòl motè jeneralize
Kesyon kle a se kondisyon izolasyon, ki souvan gen yon enpak siyifikatif sou topoloji nan sikwi final ak achitekti. Gen de faktè kle yo konsidere: poukisa izole ak ki kote izole.
Klasifikasyon nan izolasyon ki nesesè yo pral detèmine pa ansyen an. Kondisyon yo ka wo-vòltaj izolasyon sekirite (SELV) pwoteje kont moun ki te fè chòk elektrik, oswa izolasyon fonksyonèl pou nivo chanjman ant tension ki pa letal, oswa izolasyon pou entegrite done ak rezon alèjman bri. Se kote a nan izolasyon an anjeneral detèmine pa pèfòmans nan sistèm espere. Kontwòl motè se tipikman yon piman bouk anviwònman fè bwi, ak desen tipikman rankontre gwo komen-mòd tension nan plizyè santèn vòlt, petèt oblije chanje nan frekans ki depase 20 kHz, ak trè wo pasaj DV/dt fwa. Pou rezon sa a, li komen izole etap pouvwa a soti nan etap nan kontwòl, tou de nan sistèm pèfòmans segondè ak nan sistèm kote gwo pouvwa a se natirèlman fè bwi. Si konsepsyon an itilize yon sèl-processeur oswa apwòch doub-processeur tou afekte kote a izolasyon. Nan pi ba sistèm pèfòmans ak pi ba konsomasyon pouvwa, izolasyon se nòmalman nan koòdone nan kominikasyon dijital, ki vle di ke pouvwa a ak etap kontwòl gen menm potansyèl la. Sistèm ki ba-fen gen pi ba interfaces kominikasyon Pleasant pou izolasyon. Tradisyonèlman, izole interfaces kominikasyon nan sistèm-wo fen te difisil akòz Pleasant a segondè ak limit egzije nan teknik izolasyon tradisyonèl yo, men sa a ap chanje ak avènement de mayetik izole ka ak Rs -485 pwodwi transceiver.
De eleman kle nan yon pèfòmans-wo fèmen-bouk konsepsyon kontwòl motè yo se pwodiksyon an modulateur PWM ak motè faz fidbak aktyèl. Figi 3A ak 3B montre ki kote izolasyon ki an sekirite obligatwa, tou depann de si etap nan kontwòl pataje menm potansyèl la kòm etap nan pouvwa oswa se referans a tè. Nan nenpòt ka, izolasyon nan chofè a pòtay segondè fen ak nœuds deteksyon aktyèl yo mande yo, men nan diferan nivo izolasyon - nan Figi 3A, se sèlman izolasyon fonksyonèl nan nœuds sa yo obligatwa, tandiske nan Figi 3B, sekirite fizik (sètadi aktyèl) izolasyon nan nœuds sa yo se kritik.
Figi 3a. Etap kontwòl ak etap pouvwa kòm referans
Teknik mezi ak topoloji pou deteksyon aktyèl ak vòltaj
Aplikasyon chèn siyal pou deteksyon aktyèl ak vòltaj varye depann sou seleksyon transducteur, kondisyon izolasyon aktyèl, seleksyon ADC ak entegrasyon sistèm, osi byen ke pouvwa sistèm ak séparation tè, jan sa dekri pi bonè. Reyalize kondisyone siyal pou mezi wo-fidelite se pa yon travay fasil. Pou egzanp, rekipere siyal ti oswa transmèt siyal dijital nan anviwònman sa yo fè bwi se difisil, pandan y ap izole siyal analòg se menm pi difisil. Nan anpil ka, sikwi izolasyon siyal entwodwi reta faz ki ka limite sistèm pèfòmans dinamik. Faz deteksyon aktyèl la se patikilyèman difisil paske se ne sa a ki konekte nan ne la menm sikwi kòm rezilta yo chofè pòtay nan sant la nan etap nan pouvwa (modil varyateur) ak Se poutèt sa gen kondisyon yo menm an tèm de izole vòltaj ak oblije chanje. Detèmine chèn siyal mezi a (teknoloji, kondisyone siyal ak ADC) yo dwe aplike nan sistèm nan kontwòl motè depann sou twa faktè kle:
Pwen an oswa ne nan sistèm lan, tankou sa a detèmine sa ki bezwen yo dwe mezire.
Nivo pouvwa a nan motè a ak seleksyon an Capteur ki kapab lakòz - si li se natirèlman izole oswa ou pa. Chwa a nan Capteur gen yon enpak siyifikatif sou chwa a nan ADC, ki gen ladan achitekti konvètisè, fonctionnalités ak ranje opinyon analòg.
Aplikasyon an fen. Sa a ka kondwi bezwen an pou rezolisyon segondè, segondè presizyon, oswa vitès nan chèn nan siyal deteksyon. Pou egzanp, mete ann aplikasyon sensorless kontwòl sou yon ranje vitès pi laj mande pou plis mezi pi souvan ak pi wo presizyon. Aplikasyon an fen tou enfliyanse bezwen an pou fonksyonalite ADC. Pou egzanp, milti-aks kontwòl ka mande pou yon pi wo chanèl konte ADC.
Detèktè aktyèl ak vòltaj
Detèktè ki pi komen aktyèl yo itilize nan kontwòl motè yo se rezistans shunt, efè sal (Li) detèktè, ak transformateur aktyèl (CTS). Malgre ke rezistans shunt pa bay izolasyon ak antrene pèt nan pi wo kouran yo, yo se pi lineyè a nan tout detèktè, gen pri ki pi ba a, epi yo apwopriye pou tou de AC ak DC mezi. Nivo siyal redwi a oblije limite pèt pouvwa chent tipikman limite aplikasyon pou shunt a 50 a oswa mwens. CT ak detèktè li bay izolasyon nannan ki pèmèt yo sèvi sistèm segondè aktyèl, men paske detèktè yo tèt yo gen pòv presizyon inisyal oswa presizyon pòv sou chenn tanperati yo, yo gen plis koute chè ak rezilta nan yon solisyon ki se mwens egzat pase sa ki ka reyalize ak yon rezisteur chent.
Motè aktyèl mezi kote ak topoloji
Anplis de kalite Capteur a, plizyè motè aktyèl nœuds mezi ki disponib. Mwayèn DC otobis aktyèl la ka itilize pou rezon kontwòl, men nan plis kondui avanse, se motè a likidasyon aktyèl yo itilize kòm varyab la fidbak prensipal la. Dirèk faz likidasyon mezi aktyèl la se ideyal pou sistèm pèfòmans segondè. Sepandan, kouran likidasyon ka mezire endirèkteman lè l sèvi avèk shunts nan chak branch varyateur pi ba oswa yon shunt sèl nan otobis la DC. Metòd sa yo gen avantaj ke siyal yo shunt yo tout referans a ekipman pou pouvwa a komen, men èkstraksyon aktyèl la likidasyon soti nan lyen an DC mande pou senkronize echantiyon yo nan switch yo PWM. Mezi dirèk faz likidasyon aktyèl yo ka fè lè l sèvi avèk nenpòt nan pi wo a teknik deteksyon aktyèl yo, men siyal la rezistans chent dwe izole. Yon gwo anplifikatè komen mòd ka bay izolasyon fonksyonèl, men izolasyon sekirite imen yo dwe bay pa yon anplifikatè izolasyon oswa modulateur izolasyon.
Figi 4 montre divès kalite opsyon aktyèl fidbak ki dekri anwo a. Malgre ke se sèlman youn nan opsyon sa yo obligatwa pou fidbak kontwòl, ka siyal la Otobis DC aktyèl dwe itilize kòm yon siyal backup pou pwoteksyon.
Fig. 1.
Kòm mansyone pi bonè, pouvwa sistèm ak séparation tè ap detèmine klasifikasyon ki nesesè izolasyon e konsa ki opsyon fidbak yo apwopriye. Pèfòmans nan sib sistèm ap tou afekte chwa a nan Capteur oswa teknik mezi. Gen anpil konfigirasyon ki ka reyalize nan seri a pèfòmans.
Egzanp nan pi ba pèfòmans: pouvwa ak kontwòl etap sou potansyèl komen, opsyon deteksyon A oswa B
Sèvi ak chent janm se youn nan pi ekonomik laTEChniques pou mezire motè aktyèl la. Nan egzanp sa a, kote etap pouvwa a pataje menm poten antiAl kòm etap nan kontwòl, pa gen okenn mòd komen yo dwe te fè fas ak ak rezilta yo soti nan opsyon A oswa B ka konekte dirèkteman nan sikwi a kondisyone siyal ak ADC. Sa a ki kalite topoloji ta jeneralman yo te jwenn nan yon pouvwa ki ba ak ba PErfOrmance sistèm ak ADC a entegre nan mikroproseseur la.
Pi wo egzanp pèfòmans: etap kontwòl ki konekte sou latè, kèk opsyon C, D, oswa E
Nan egzanp sa a, se izolasyon sekirite imen obligatwa. Kèk opsyon C, D, ak E yo tout posib. Opsyon E bay pi bon kalite manje aktyèl laACk nan tout twa opsyon ak, yo te yon sistèm pèfòmans ki pi wo, li posib ke gen yonFPGAoswa lòt fòm nan pwosesis nan sistèm nan ki ka bay filtre dijital la pou siyal la modulateur izole. Chwa ADC a pou opsyon C, Capteur a izole (chans fèmen bouk li), ta tradisyonèlman dwe disrè reyalize pi wo pèfòmans pase sa ki posib ak entegre ADC ofrann nan dat. Opsyon D se yon anplifikatè izole nan konfigirasyon sa a, vs.A Komen-Mode anplifikatè, kòm izolasyon sekirite yo mande yo. Yon anplifikatè izole ap limite pèfòmans, e konsa yon solisyon ADC entegre ka sifi. Sa a pral bay fidbak ki pi ba fidelite aktyèl la konpare ak opsyon C oswa E, ak pandan y ap yon ADC entegre ka konnen jan "gratis" ak anplifikatè a izole potansyèlman "bon mache," aplikasyon an anjeneral mande pou eleman adisyonèl pou konpansasyon konpansasyon ak nivo chanjman pou ADC ranje matche, ogmante pri a chèn siyal an jeneral.
Gen anpil topoloji ki ka itilize nan konsepsyon kontwòl motè nan sans motè aktyèl ak anpil factoRSPou konsidere tankou pri, nivo pouvwa, ak nivo pèfòmans. Yon objektif kle pou pifò konsèpteur sistèm se amelyore fidbak la sans aktyèl yo nan lòd yo amelyore efikasite nan objektif pri yo. Pou pi wo aplikasyon pou fen, fidbak aktyèl se kritik nan mezi pèfòmans lòt sistèm tankou repons dinamik, bri acoustic, oswa koupl tranch, pa sèlman efikasite. Li se evidan ke gen yon kontinyèl nan pèfòmans kouri soti nan ba a AC segondèROSs divès topoloji yo avsèviLable ak sa a se grosyeman trase soti nan Figi 5 ilistre tou de pouvwa pi ba ak pi wo opsyon pouvwa.
Figi 5. Kouran Deteksyon Topoloji Range Pèfòmans
Objektif, bezwen ak tandans ki kapab lakòz pou konsèpteur sistèm kontwòl motè: migrasyon soti nan li detèktè rezistans chent
Rezistans shunt makonnen ak modulateur izole sigma-delta bay pi bon kalite fidbak aktyèl la kote nivo aktyèl la se ki ba ase pou itilize shunt. Gen yon tandans enpòtan nan mitan konsèpteur sistèm emigre soti nan detèktè li nan rezistans chent, ak yon lòt tandans pou yo avanse pou yon apwòch modulateur izole olye ke yon apwòch anplifikatè izole. Ranplase sèlman Capteur a diminye bòdwo nan materyèl (BOM) ak depans ensèsyon PCB ak amelyore presizyon Capteur. Rezistans shunt yo pa sansib a jaden mayetik oswa Vibration mekanik. Souvan, konsèpteur sistèm ranplase li detèktè ak rezistans shunt ka chwazi yon anplifikatè izolasyon yo e yo kontinye sèvi ak ADC a te deja itilize nan HE Capteur ki baze sou desen yo limite nivo a nan varyasyon nan chèn lan siyal. Sepandan, kòm mansyone pi bonè, yo pral pèfòmans nan anplifikatè a izolasyon dwe limite kèlkeswa pèfòmans nan ADC.
Pli lwen ranplase anplifikatè a izolasyon ak ADC ak yon izole sigma-delta modulateur pral elimine gwo pèfòmans nan ak anpil amelyore konsepsyon an, tipikman chanje li soti nan 9- a 10- ti jan fidbak bon jan kalite a 12- nivo ti jan. Sikui pwoteksyon analòg (OCP) kapab tou elimine, kòm filtè yo dijital oblije travay sou Sigma-delta rezilta yo modulateur kapab tou gen pou configuré yo ki ap pèmèt vit OCP pasan. Se poutèt sa, nenpòt ki analiz BOM ta dwe gen ladan pa sèlman anplifikatè yo izolasyon, ADCs yo anvan tout koreksyon, ak kondisyone a siyal ant yo, men tou aparèy yo OCP ki ka elimine.The AD7401A izole σ-δ modulateur ki baze sou ADI Coupler teknoloji ak gen yon seri diferans nan ± 250 mV (± 320 MV. Entran yo analòg yo kontinyèlman echantiyon pa modilatè a analòg ak enfòmasyon an opinyon ki nan kouran an pwodiksyon dijital nan yon dansite ki rive jiska 20 MHz done pousantaj. Enfòmasyon an anvan tout koreksyon ka rekonstwi ak yon filtè ki apwopriye dijital, tipikman yon Sinc. ® 3 pou mezi aktyèl presizyon. Depi pèfòmans konvèsyon ka fè kòmès nan kont Pleasant oswa filtre reta labank, gwosye, filtè pi vit ka bay OCPs repons vit sou lòd la nan 2 μs, ideyal pou pwoteksyon IGBT.
Rediksyon rezistans shunt obligatwa
Soti nan bò mezi siyal la, gen kèk defi kle nan seleksyon rezistans chent, kòm gen yon komès-off ant sansiblite ak konsomasyon pouvwa. Pi gwo valè rezistans pral asire ke tout seri a nan modulateur a Sigma-delta oswa kòm anpil nan ranje a opinyon analòg ke posib yo itilize, konsa maksimize ranje dinamik. Sepandan, pi gwo valè rezisteur pral tou rezilta nan gout vòltaj ak redwi efikasite akòz pèt la × R nan rezistans a I2. Atenn linear nan efè pwòp tèt ou-chofaj kapab tou yon defi lè w ap itilize pi gwo rezistans. Kòm yon rezilta, konsèpteur sistèm yo te fè fas ak komès-konpwomi yo, ki fè yo plis anvayi pa bezwen an komen yo chwazi gwosè shunt ki ka sèvi anpil modèl ak motè nan diferan nivo aktyèl. Kenbe ranje dinamik tou se difisil nan fè fas a kouran pik ki ka plizyè fwa aktyèl la rated motè a ak bezwen nan fiable kaptire tou de. Kapasite nan kontwole pik aktyèl lè se sistèm nan vire sou varye pa konsepsyon, ki soti nan byen kontwole (egzanp, 30% pi wo a nominal) nan otan ke 10 fwa nominal. Kouran pik yo tou ki te koze pa akselerasyon ak chaj oswa varyasyon koupl. Sepandan, nan desen kondwi, kouran pik nan yon sistèm yo, se tipikman kat fwa aktyèl la nominal.
Fè fas a ak defi sa yo, konsèpteur sistèm yo ap chèche pou siperyè Sigma-Delta modulateur ak pi laj ranje dinamik oswa amelyore siyal-a-bri ak distòsyon rapò (SINAD). Pou dat, izole pwodwi modulateur σ-δ te ofri pèfòmans garanti ak 16- rezolisyon ti jan ak jiska 12 Bits efikas (ENOB).
Sinad=(6.02 n + 1. 76) db kote n=ENOB
Avèk deplase nan rezistans chent nan chofè ki ba-pouvwa, manifaktirè chofè motè yo tou kap ogmante Rating pouvwa a nan chofè yo, yon topoloji ki ka itilize pou pèfòmans ak rezon pri. Sa a kapab fèt sèlman akonpli lè l sèvi avèk pi piti rezistans shunt, ki mande pou Aparisyon nan pi wo-pèfòmans am modulateur rezoud anplitid nan siyal redwi.
Konsèpteur sistèm, espesyalman konsèpteur sèvè yo, yo tou toujou ap chèche amelyore repons sistèm pa diminye analòg-a-dijital konvèsyon fwa oswa pa diminye reta nan gwoup nan filtè dijital ki asosye ak izole Sigma-Delta modulateur ak topoloji rezistans shunt. Kòm mansyone pi bonè, ka pèfòmans konvèsyon dwe fè kòmès koupe kont Pleasant oswa filtre gwoup reta. Pi gwo, filtè pi vit ka bay repons pi vit, men nan depans lan nan pèfòmans. Designer nan sistèm analize enpak la nan longè filtre oswa pousantaj fè ekstraksyon ak Lè sa a, fè konpansasyon ki baze sou bezwen yo nan aplikasyon final li oswa li. Ogmante to revèy la nan modulateur a ta ede, men konsèpteur anpil deja opere nan 20 MHz pousantaj la revèy maksimòm akseptab pou AD7401A la. Youn nan dezavantaj yo pou ogmante pousantaj revèy la se potansyèl pou radyasyon ak entèferans (EMI) efè. Yon modulateur ki pi wo pèfòmans nan menm pousantaj revèy la pral amelyore reta nan gwoup kont konpansasyon pèfòmans, sa ki lakòz pi kout fwa repons pandan y ap minimize enpak la sou pèfòmans.