永久磁石同期電動機（PMSM）は、効率、コンパクトな設計、制御可能な速度が重要な場合に利用されます。誘導電動機とは異なり、PMSMのロータには永久磁石が含まれています。滑らかなトルクを生成するために、可変周波数ドライブはステータ磁場をロータ磁場に整列させる必要があります。したがって、ロータ位置情報はPMSM制御の重要な部分です。

エンコーダはこの情報を提供できます。エンコーダはモータシャフトに接続され、位置および速度信号をドライブに送信します。ただし、一部のアプリケーションでは、エンコーダはコスト、ケーブル、設置作業、および振動、ほこり、熱、湿気にさらされるコンポーネントを追加します。センサレスPMSM制御は、機械的な位置センサを使用せずにロータの位置と速度を推定します。

ロータ位置が重要な理由？

PMSMドライブは、周波数だけでトルクを制御することはできません。ロータ磁極がどこにあるかを知る必要があるため、正しいステータ巻線に正しい時間に電流を供給できます。推定されたロータ角度が不正確な場合、トルクが弱くなったり不均一になったりする可能性があります。モータが振動したり、過剰な電流を引き込んだり、速度安定性を失ったり、保護アラームをトリガーしたりする可能性があります。

これが、PMSMシステムがベクトル制御を一般的に使用する理由です。ドライブはモータ電流を磁束とトルクに影響を与える成分に分離し、それらを継続的に調整します。これにより、基本的なボルト/ヘルツ制御よりも負荷変動に対する応答が速く、安定します。PMSMの場合、ロータ位置推定の品質は、トルクと速度のパフォーマンスに直接影響します。

センサレス推定の仕組み？

センサレスドライブは、出力電流と電圧を測定し、モータモデルを使用してロータ速度と電気角を推定します。通常の動作速度では、モータは逆起電力（バックEMFとも呼ばれます）を生成します。ドライブは、抵抗、インダクタンス、磁束などのモータパラメータでこの電気的応答を分析します。そのアルゴリズムは推定値を継続的に更新し、それに応じて出力を変更します。

この方法は実用的です。なぜなら、ドライブはすでに制御と保護のために電気的値を測定しているからです。個別のシャフトエンコーダやフィードバックケーブルは必要ありません。推定値は、温度、モータパラメータの精度、ケーブルの状態、負荷の変動、および制御アルゴリズムの品質の影響を受けます。

起動と低速運転？

起動と非常に低速は、センサレスPMSM制御にとって最も要求の厳しい条件です。ロータが静止しているか、ゆっくり動いている場合、バックEMFは弱くなるため、ドライブは分析する電気的情報が少なくなります。多くのシステムでは、通常の推定が引き継がれる前に、初期ロータ整列手順と制御された起動シーケンスを使用します。ドライブとモータの設計によっては、追加の低速推定方法も利用できる場合があります。

センサレス制御は、多くのファン、ポンプ、コンプレッサー、ミキサー、コンベア、および産業機械で確実に機能します。設定されたエンコーダシステムと同じゼロ速度トルク精度または位置確度を提供できない場合があります。正確な位置決め、ゼロ速度付近での長時間の運転、重負荷での急激な逆転、または厳密に制御されたホイストデューティを必要とするアプリケーションは、慎重に検討する必要があります。

利点と選択

エンコーダを削除すると、機械を簡素化できます。配線時間を短縮し、外部部品の数を減らし、エンコーダの整列作業を回避し、センサー関連の障害の可能性を減らすことができます。これらの利点は、レトロフィットプロジェクトや過酷な産業環境で役立ちます。

速度誤差が小さい必要がある場合、モータが移動する前に高トルクが必要な場合、または機械が正確なシャフト位置を知る必要がある場合に、エンコーダが正当化されることがよくあります。センサレス制御は、安定した速度レギュレーションと外部フィードバックなしの効率的なモータ動作が目標である場合に、強力な選択肢となることがよくあります。

信頼性の高い結果を得るためのコミッショニング

センサレスPMSMのパフォーマンスは、正しいコミッショニングに依存します。技術者は、モータデータを正確に入力し、配線、電圧クラス、電流定格、極対数、定格速度、および接続方法を確認する必要があります。ドライブがモータ識別または自動チューニングを提供する場合は、アプリケーション要件に従って完了する必要があります。

システムは実際の負荷の下でテストする必要があります。モータの方向、起動時の動作、電流、速度安定性、加速、減速、温度、およびアラームをすべて確認する必要があります。ドライブは無負荷のモータをうまく実行できますが、機械がプロセスに接続されたときに調整が必要になる場合があります。

エンコーダレスPMSMプロジェクトの場合、VEIKONG VFD530をモータドライブプラットフォームとして評価できます。その制御機能はPMSMおよび誘導モータアプリケーションをサポートしますが、最終的な構成は、モータデータ、負荷特性、速度範囲、およびフィードバックのニーズに応じて選択する必要があります。センサレスパフォーマンスがプロセス目標を満たす場合、システムはより少ない外部コンポーネントでモータ制御を提供できます。

センサレスPMSM制御は、単にモータからエンコーダを取り外しただけではありません。電気的挙動からロータの状態を推定し、その推定値を使用してトルクと速度を管理する方法です。その強みと限界を理解することは、エンジニアが機械に合ったソリューションを選択するのに役立ちます。

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センサレスPMSM制御

エンコーダレスモータドライブ

PMSMベクトル制御