Servo Drives, Motors a zařízení, která je ovládají, představují příležitost udržitelného růstu, řízenou inovacemi v automobilových a průmyslových systémech a pokroku v produkční technologii. Očekává se, že automobilový a dopravní průmysl bude představovat největší podíl na servomotorech a zvýšit prodej do roku 2022 až 2022. Poptávka po pohonech, ovladačích a servomotorech zůstává silná, aby pomohla společnostem zlepšit efektivitu v průmyslovém prostředí.
Požadavky na řízení a řízení a technologie rychlosti/točivého momentu se liší podle typu motoru, od jednoduchého ovládání napětí a proudu pro DC motory a obecné motory až po použití střídačů pro motory AC, zpětné přepínání různých fází v bezmastných motorech a komplexu Digitální motorové jednotky s digitálními obvody. Dokonce i pro tradiční analogové motory, jako jsou indukční motory a typy změn neochoty, je dnešní tradiční analogová technologie doprovázena stále sofistikovanějšími metodami digitálního řízení, které umožňují implementovat řešení za nízké náklady. Použití mikroelektronických zařízení umožňuje lepší rychlost, polohu a řízení točivého momentu a také vyšší účinnost.
Obrázek 1: Schéma bloku motoru IC (obrázek: Maxim Integrated)
Obvody řízení motoru musí rychle zapnout a vypínat proud v motorových cívkách a zároveň minimalizovat ztráty přepínání nebo vedení. Jak MOSFETS, tak izolované bipolární tranzistory (IGBT) splňují potřeby řízení motoru v různých aplikacích. Tato zařízení pro elektrickou kontrolu mají podobné funkce a atributy a v jejich vnitřním designu se překrývá. Ve většině aplikací se používají v konfiguraci H-Bridge k ovládání aktuální cesty ke dvěma nebo více motorickým cívkám. To umožňuje plnou kontrolu nad rychlostí a směrem motoru (obrázek 1).
Přehled motoru
Jakýkoli návrhový projekt, který zahrnuje požadavek motoru nebo mechanického pohonu, musí vyhodnotit, zda použít kontinuální konstrukci proudu nebo krok nebo servomotor. V kontinuálním motoru se trvalé magnety nebo vinutí používají k vytvoření statického magnetického pole ve statoru. Rotor se skládá z cívek, kde proud vstupuje skrz grafitové kartáče přitlačené do rozdělovače na rotující hřídeli. Proud protéká po sobě jdoucím vinutím, aby se udržovala rotace.
AC motory mohou být synchronní nebo asynchronní. U asynchronních motorů (také známých jako indukční motory) jsou vinutí statoru uspořádány tak, aby tvořily zhruba sinusové rozdělení. Synchronní motory zahrnují beztastní DC a AC motory, jakož i přepínané motory a motory a motory poháněné sinusoidálními zdroji napětí.
V bezmashledných motorech má rotor permanentní magnety a vinutí umístěná ve statoru jsou poháněna kontrolní elektronikou ve vhodné sekvenci. Beztáčkový stejnosměrný motor je poháněn kontinuální sekvencí přepínání signálu na různých vinutích statoru. Beztáčkové střídavé motory mohou být vyrobeny jako synchronní střídavé motory s permanentními magnety; V tomto případě jsou poháněny sinusoidálními signály. Absence štětců zvyšuje účinnost odstraněním zdrojů tření. Absence mechanických částí na spínacích umožňuje dosažení vyšších otáček.
Stepper Motors jsou bezkartáčové synchronní motory poháněné DC. Rotor zůstává stacionární na konkrétní poloze. Krokové motory mohou velmi přesně otočit hřídel rotoru o několik stupňů bez použití senzorů k detekci úhlové polohy.
Klíčové parametry
Stejně jako u většiny elektronických komponent určuje řada klíčových a specifických parametrů výkonu počáteční korespondenci mezi zařízením a aplikací. Klíčovými parametry pro zařízení pro řízení motoru jsou hodnoty správy proudu a napětí, protože tyto určují, zda konkrétní komponenta může podporovat požadavky na zatížení motoru.
U MOSFETS je dalšími klíčovými parametry aktivní odpor (RDS (ON)) a kapacita brány. Nižší odpor snižuje ztráty odporu a pokles napětí během stavu ON, což snižuje disipativní zatížení a zvyšuje účinnost. Kapacita brány určuje frekvenci a proudovou rychlost potřebnou k plnému povolení a deaktivaci brány v požadované době přechodu (rychlost přepínání). U IGBTS je dalším kritickým parametrem pokles napětí (VDROP), což je součet příspěvků z diod a vnitřních MOSFET procházejících křižovatkou PN. Hladiny teploty a proudu ovlivňují parametry RDS (ON) a VDROP.
Obecně MOSFETS nabízejí vyšší rychlosti přepínání (v MHz) a vyšší špičkové proudy. IGBT nabízejí aktuální hodnoty kolem 10 A a jsou robustní, ale mají pomalejší přepínací rychlosti. Pro aplikace řízení motoru je základní pravidlo, že MOSFET jsou lepší volbou pro nižší napětí a proud a vyšší přepínací frekvenci, zatímco IGBT jsou lepší volbou pro vyšší napětí/proud a nižší frekvenci.