Iðnaðarhreyfingarstýring nær yfir margs konar forrit, allt frá inverter-undirstaða viftu- eða dælustýringar, til verksmiðjusjálfvirkni með flóknari AC drifstýringum, til háþróaðra sjálfvirkniforrita eins og vélfærafræði með flóknum servóstýringum. Þessi kerfi þurfa uppgötvun og endurgjöf á mörgum breytum eins og straumi eða spennu mótorvinda, straumi eða spennu DC strætó, stöðu snúnings og hraða. Val á breytum og nauðsynlegri mælingarnákvæmni fer eftir -endanlegum umsóknarkröfum, kerfisarkitektúr, markkerfiskostnaði eða flókið kerfi. Það eru önnur atriði, eins og virðisaukandi eiginleikar- eins og ástandseftirlit. Þar sem rafmótorar eru að sögn neyta 40% af raforku heimsins, hafa alþjóðlegar reglur aukið áherslu á skilvirkni kerfisins í iðnaðarhreyfingum (sjá mynd 1).
Mynd 1. Úrval iðnaðardrifnaforrita
Straum- og spennugreiningaraðferðir í ýmsum keðjumerkjum mótorstýringar eru breytilegar eftir vélarafli, kröfum um afköst kerfisins og lokanotkun. Í þessu tilviki er útfærsla mótorstýringarmerkjakeðjunnar breytileg eftir vali skynjara, núverandi einangrunarkröfum, ADC vali, kerfissamþættingu og kerfisafl/jarðskiptingu. Þó að einangrunarkröfur hafi venjulega veruleg áhrif á lokauppbyggingu hringrásarinnar og arkitektúr, mun þessi grein einbeita sér að því að bæta straumskynjunarmælingar (sem einn af áhrifaþáttunum) til að ná fram skilvirkara mótorstýringarkerfi.
I og V mælingar
Almennt mótorstýringarmerkjakeðjan er sýnd á mynd 2. Merkjaskilyrðing til að ná há-tryggðarmælingum er ekkert auðvelt verkefni. Fasa straumskynjun er sérstaklega krefjandi vegna þess að þessi hnút er tengdur við sama hringrásarhnút og hliðardrifinn gefur út innan kjarna inverterareiningarinnar, og hefur því sömu kröfur hvað varðar einangrun spennu og meðhöndlun skiptistrauma.
Mynd 2. Almenn mótorstýringarmerkjakeðja
Algengustu straumskynjararnir í mótorstýringu eru shuntviðnám, Hall Effect Sensors (HES) og Current Transformers (CT). Þó shunt viðnám veiti ekki einangrun og tapi, eru þeir línulegustu allra skynjara, hafa lægsta kostnað og henta bæði fyrir AC og DC mælingar. Minnka merkjastigið sem þarf til að takmarka raforkutapi shunt takmarkar venjulega shunt forrit við 50 A eða minna. CTs og HESs veita eðlislæga einangrun, sem gerir þeim kleift að þjóna hástraumskerfum, en eru kostnaðarsamari vegna lélegrar upphafsnákvæmni eða lélegrar hitanákvæmni og leiða til lausna sem eru minna nákvæmar en þær sem hægt er að ná með shunt viðnámum. Til viðbótar við skynjaragerðirnar eru nokkrir mótorstraumsmælingarhnútar til að velja úr (eins og sýnt er á mynd 3), þar sem beinar í-fasa vindamælingar eru kjörinn kostur fyrir kerfi með hæstu afköst.
Mynd 3. Einangruð og ó-einangruð mótorstraumsendurgjöf
Það eru margar staðfræði til að skynja mótorstraum og margir þættir sem þarf að hafa í huga eins og kostnað, orkunotkun og afköst, en lykilmarkmið flestra kerfishönnuða er að bæta skilvirkni innan kostnaðarmarkmiðanna.
Frá HES til shunt resistors
Shunt resistors eru tengdir við einangraða sigma-delta (Σ-Δ) mótara til að veita straumendurgjöf í hæsta gæðaflokki (nógu lágt straumstig). Það er veruleg tilhneiging fyrir kerfishönnuði að fara frá HES yfir í shunt viðnám og önnur tilhneiging að fara yfir í einangraða mótara frekar en einangraða magnaraaðferðir. Oft, þegar kerfishönnuðir skipta út HES fyrir shunt viðnám, velja þeir einangrunarmagnara og halda áfram að nota ADCs sem áður voru notaðir í HES-hönnun. í þessu tilviki takmarkast frammistaða einangrunarmagnarans, óháð hliðrænni-til-stafrænni frammistöðu.
Að skipta út einangruðum magnaranum og ADC fyrir einangraðan sigma-delta mótara mun útrýma afköstum flöskuhálsi og bæta hönnunina til muna, venjulega með því að breyta henni úr 9-bita í 10 bita massa endurgjöf í 12 bita stig. Einnig er hægt að útrýma hliðrænu yfirstraumsverndarrásinni (OCP) þar sem einnig er hægt að stilla stafrænu síurnar sem þarf til að vinna úr sigma-delta mótaraúttakunum til að virkja hraðvirkar OCP lykkjur.
Tiltækir Σ-Δ mótara geta haft mismunainntakssvið ±250 mV, þar sem ±320 mV fullur mælikvarði er notaður fyrir OCP, tilvalið fyrir viðnámsshuntmælingar. Hliðrænu inntakið er stöðugt tekið sýni af hliðstæðum mótara og inntaksupplýsingarnar eru í stafrænum úttaksstraumi með gagnahraða allt að 20 MHz. Hægt er að endurgera hráu upplýsingarnar með viðeigandi stafrænum síum. Þar sem hægt er að skipta um afköstum á móti bandbreidd eða seinkun síubanka, geta grófari, hraðari síur veitt hraðsvörun OCPs af stærðargráðunni 2 μs, tilvalið fyrir IGBT vernd.
Minnkar stærð shuntviðnáms
Frá sjónarhóli merkjamælinga eru nokkrar lykiláskoranir í vali á shunt viðnám, þar sem það er skipt-á milli næmis og orkunotkunar. Ólínuleiki vegna sjálfs-hitunaráhrifa er líka áskorun þegar notuð eru viðnám með hærri gildi. Hönnuðir standa frammi fyrir-viðskiptum sem aukast enn frekar af þeirri staðreynd að oft þarf að velja shuntstærð til að þjóna mörgum gerðum og mótorum á mismunandi straumstigum. Það er áskorun að viðhalda kraftmiklu sviði frammi fyrir toppstraumum sem geta verið nokkrum sinnum meiri en málstraumur mótorsins og þörfinni á að fanga hvort tveggja á áreiðanlegan hátt.
Frammi fyrir þessum áskorunum eru kerfishönnuðir að leita að betri sigma-delta mótara með breiðara hreyfisviði eða bættu merki-til-suðs og röskunarhlutfalls (SINAD). Hingað til hafa einangraðar Σ-Δ mótunarvörur boðið upp á trygga afköst með 16 bita upplausn og allt að 12 virkum bitum (ENOB).
Mynd 4. AD7403 er há-afkastamikill, annar-sigma-delta mótariHigh Performance Einangraður Sigma Delta Modulator
Einangraðir sigma-delta mótarar með meiri-afköstum munu styðja við margvíslegar þarfir í hönnun fyrir mótorstýringu í iðnaði og bæta aflnýtni mótordrifna með því að minnka stærð shuntviðnáms. Dæmi í iðnaði er AD7403 mótarinn frá ADI (sjá mynd 4). Það er næsta kynslóð af AD7401A og býður upp á stærra kraftsvið á sama ytri klukkuhraða 20 MHz. Það gerir ráð fyrir sveigjanlegri shunt stærðarvalkostum og leyfir notkun shunt viðnáms í stað HESs á hærri straumstigum. ENOB flísarinnar er venjulega 14,2 bitar. Einnig er hægt að bæta kraftmikla svörun með því að draga úr seinkun á mælingum. Tækið er einnig með einangrunarkerfi með hærri spennu-í-samfelldri-aðgerð (VIORM) en forveri þess, sem bætir skilvirkni kerfisins með hærri DC-straumspennu og minni straumum.