Sulautettu AC käyttö Julkaistu: 28.02.2018 - 09:17:23 Back to References Expertise Sulautetut järjestelmät Vaihtosähkömoottoreilla on jo yli vuosisata historiaa takanaan. Viime vuosikymmenet ne ovat dominoineet sähkömoottorimarkkinoita sekä teollisissa sovelluksissa että kuluttajaelektroniikan sovelluksissa. Nopeussäädetyissä sähkökäytöissä oli joitakin alueita, joissa tasasähkömoottori oli ainoa vaihtoehto varsinkin, jos vaadittiin momenttisäätöä tai korkeadynaamista säätöä. Tämä on nyt muuttumassa johtuen kompaktien elektroniikkaratkaisujen saatavuudesta hintakriittisiin sovelluksiin, kuten kodinkoneisiin ja kuluttajaelektroniikan tuotteisiin. Tämä puolestaan mahdollistaa vektoriohjausmenetelmien laajenemisen näihin sovelluksiin. Vektoriohjaus on täydellinen vaihtoehto esimerkiksi sähköautojen moottorinohjaukseen. Jatkuva kehitys moottoriohjausteknologioissa on tuonut mukanaan uusia modulaatiotekniikoita, anturittomia tilaestimaattoreita ja uusia elektroniikkaratkaisuja, jotka ovat nyt saatavilla. Tärkein virstanpylväs vaihtuvanopeuksisten AC-käyttöjen kehityksessä oli R.H. Parkin työ vuodelta 1929 sekä vektoriohjaus, joka tunnetaan nimellä ”field oriented control” (FOC). Vektoriohjaus kehitettiin K. Hassen, F. Blaschken ja W. Leonhardin toimesta 1960-luvulla. Kyseisissä töissä ehdotettu säätöstrategia oli tuolloin vielä teknisesti liian haastava toteuttaa, koska tarvittava laskentateho puuttui. Nyt viisi vuosikymmentä myöhemmin vektorisäätö (FOC), suora momentin säätö (DTC) ja sen johdannaiset ovat selvästi tärkein ohjausstrategia AC-käytöille tarjoten dynaamisen momenttiohjauksen. Kustannustehokas AC-moottoriohjain Tyypillinen moottoriohjain koostuu kytkimistä jotka ohjaavat moottorille menevää jännitettä, säätö- ja mittauspiireistä, teholähteestä ja DC-kondensaattoreista. Matalatehoisia inverttereitä (alle 1kW) voidaan nykyään toteuttaa kahdella integroidulla piirillä jos teholähdettä ja passiivikomponentteja ei oteta huomioon: mikrokontrolleri ja integroitu tehomoduuli. Yleinen kaaviokuva tyypillisestä AC-moottoriohjaimesta on esitetty alla. Uudet yhden integroidun piirin ratkaisut moottoriohjaukseen sisältävät tehokkaan prosessoriytimen, korkearesoluutioisen pulssinleveysmodulaattorin, AD-muuntimet sekä muut tarvittavat oheislaitteet, jotka tarvitaan vaihtuvanopeuksisen AC-käytön toteuttamiseen. Yksi merkittävä yhden piirin ratkaisu ovat digitaaliset signaalikontrollerit eli DSC:t (Digital Dignal Controller). C2000-pohjaiset piirit Texas Instrumentsiltä sekä MC56F8xxx piiriperhe NXP:ltä ovat hyviä esimerkkejä digitaalisista signaalikontrollereista. Molemmat valmistavat tarjoavat referenssitoteutuksen sekä ohjelmistokomponentteja ohjaimen tekemiseen. InstaSPIN TI:ltä on myös syytä mainita työkaluna, jolla voidaan helpottaa ohjainpiirin suunnittelua, parameterointia ja verifiointia. Tehoelektroniikan tarpeisiin on tarjolla integroituja tehomoduuleja, jotka sisältävät kytkimet, hila-ajurit, yläpuolen kytkinten jännitelähteet ja tarvittavat passiivikomponentit, joten mitään diskreettikomponentteja näiden ja mikokontrollerin välillä ei tarvita. ST microelectronicsin SLLIMM-moduuli on esimerkki tällaisesta. Miksi AC-käyttö? Yleisimmät ei-invertteripohjaiset käytöt kuluttajaelektroniikassa ovat vaihtuvanopeuksiset DC-käytöt ja vakionopeuksiset oikosulkumoottorikäytöt Miten hyötyä invertteripohjaisista ratkaisuista sitten on? Ensinnäkin, AC-moottorit ovat paljon yksinkertaisempia mekaanisesti. Niissä ei ole äänekästä kommutaattoria eikä harjoja, jotka vaativat paljon huoltoa suhteessa vaihtosähkömoottoreihin. Pumpuissa AC-käytöt tarjoavat märän roottorin, joka poistaa tiivistyksen tarpeen roottorin ja pumpun juoksupyörän välissä. Tämä taas puolestaan vähentää jälleen huoltotarvetta ja parantaa luotettavuutta. Suunnan ja nopeuden ohjaus on toki mahdollista myös DC-käytöissä, mutta se vaatii ylimääräistä elektroniikkaa toteutuakseen, kun käytetään yleisintä DC-moottoritekniikkaa – universaalimoottoria. Toiseksi, AC-käyttö tarjoaa paljon enemmän kuin yksinkertaisen ohjauksen suunnalle ja nopeudelle ja vaihtelu erilaisten toimintatapojen välillä on helppoa. Samat ominaisuudet ovat saatavilla myös DC-käyttöihin, mutta ne eivät ole aivan yhtä helppoja toteuttaa. Invertteripohjaiset käytöt tarjoavat mahdollisuuden nopeuden ja momentin säätämisee kun niitä verrataan yksinkertaisiin yksivaiheisiin vakionopeudella pyöriviin oikosulkumoottoreihin. Tämän lisäksi invertteripohjaiset käytöt voivat suorittaa lisäksi mittauksia ja laskelmia analysoidakseen kuormaa ja toimintaolosuhteita ilman ylimääräisiä antureita. Hyvä esimerkki on pumppukäytöt, joissa voidaan havaita muutoksia pumpattavassa väliaineessa tai pesukone, joka voi arvioida pestävän pyykin määrää. Invertteripohjaiset sovellukset voivat myös tarjota moottorin ylikuormituksen suojauksen, nopeusprofiileja, joissa on säädettävät käynnistysrampit käynnistysvirtojen alentamiseksi ja toiminallisen turvallisuuden toimintoja. AC-käytöillä voidaan myös ajaa vierasmagnetoituja tahtimoottoreita sekä kestomagneettitahtimoottoreita. Nämä ovat yleensä hyötysuhteeltaan ja tehotiheydeltään parempia kuin DC-moottorit, joita on vaikea muulla tavalla ohjata. Joten, mikä puhuu sulautettuja AC-käyttöjä vastaan? Ensinnäkin, korkealuokkaisten AC-käyttöjen kehitystyö vaatii erittäin kompetentin suunnittelutiimin. On myös tärkeää huomata, että emme puhu tässä teollisista moottorikäytöistä, vaan suhteellisen yksinkertaisista sähkökäytöistä, jotka on kehitetty tiettyihin sovelluksiin ja tarkasti määritellyille vaihtosähkömoottoreille. Myös merkittävät muutokset toimintaolosuhteissa saattavat vaatia ohjausohjelman uudelleensäätämistä. AC-käytöt ja niissä käytetyt säätötekniikat ovat tyylikkäitä teknisiä toteutuksia jotka ovat nykyään saatavilla ja käytettävissä monenlaisiin sovelluksiin, välittömästi. Marek Kabala on pääsuunnittelija ja ohjelmistotiiminvetäjä tuotesuunnitteluprojekteissa. Marekilla on tohtorintutkinto robotiikasta ja kokemusta monialaisista projekteista, joihin usein liittyy matemaattista mallinnusta, simulointia, algoritmikehitystä, toteutusta ja verifiointia.
Fortum Spring tasapainottaa energiaverkkoa Fortum on eurooppalainen energiayhtiö, jolla on toimintaa yli 40 maassa. Fortum tarjoaa asiakkailleen sähköä, kaasua, lämpöä ja jäähdytystä sekä älykkäitä ratkaisuja resurssitehokkuuden parantamiseen. Fortum haluaa saada asiakkaat ja yhteiskunnan mukaan muutokseen puhtaamman maailman puolesta. Fortum on Euroopan kolmanneksi suurin hiilidioksidipäästöttömän sähkön tuottaja. Fortumilla on noin 19 000 ammattilaista ja yhteenlaskettu tase noin 69 miljardia euroa, joten Fortumilla on mittakaava, osaaminen ja resurssit kasvaa ja viedä energiasiirtymää eteenpäin.
Tarkan paikannuksen kehittäminen vauhdittaa Kalmarin tutkimusprojektia – apuna Etteplan Rugged Evaluation Platform Kalmar tarjoaa markkinoiden laajimman valikoiman lastinkäsittelyratkaisuja ja -palveluja satamiin, terminaaleihin, jakelukeskuksiin ja raskaan teollisuuden käyttöön. Kalmar on edelläkävijä terminaalien automatisoinnissa ja energiatehokkaassa konttien käsittelyssä. Joka neljäs kontti maailmassa siirretään Kalmar-ratkaisun avulla. Kalmar tehostaa jokaista kuljetusta laajan tuotevalikoimansa ja maailmanlaajuisen palveluverkostonsa avulla sekä kyvyllään integroida terminaalien eri prosessit saumattomasti toisiinsa.
Tarina jatkuu – Yepzonin paikantimesta tulevaisuudenkestävä huipputason radioteknologioilla Yepzon on suomalaisyhtiö, joka on jo pitkään tarjonnut paikannuspalveluita kuluttajille. Yepzon tarjoaa nyt markkinoiden johtavan B2B- ja B2C-palvelun, jolla voidaan paikantaa ja seurata lähes mitä tahansa kaikkialla maailmassa. Yepzon™-sovellus on johtava alusta kaikkiin paikannustarpeisiin, ja lisäksi se tuottaa käyttäjälle runsaasti laitteen ympäristöön liittyvää dataa. Kuluttajat sekä teollisuus- ja muut yritykset luovat alustan avulla omia uusia tuoteinnovaatioita ja ratkaisuja.
Tiukalla aikataululla laadukas ratkaisu Sähköpyörien sähköjärjestelmiä kehittävä Revonte aloitti yhteistyön Etteplanin kanssa loppuvuodesta 2019. Etteplanin suunnittelema ja toteuttama langaton poljinväännönmittausjärjestelmä mahdollisti sen, että Revonten tuotteen ensimmäiset esituotantosarjat ovat nyt tehty ja sarjatuotannon aloittaminen on käsillä.
Digiaikakauden dentaalirobottia luomassa Rayo 3DToothfill haluaa parantaa miljardien ihmisten elämää kohtuuhintaisella, huippulaadukkaalla hammashoidolla. Heidän menetelmä tarjoaa parhaat tulokset kilpailukykyisillä kustannuksilla hammaslääkäreille ja potilaille. Jotta menetelmä on varmasti käyttökelpoinen kaikkialla maailmassa, sen tulee olla yksinkertainen ja helppokäyttöinen. Saumaton integroitavuus olemassa olevan laitteiston kanssa on myös tärkeää.
Nokia and Etteplan – Enabling the smart factory with a private wireless network as a service Lue lisää Nokia and Etteplan – Enabling the smart factory with a private wireless network as a service
