영구 자석 동기 모터(PMSM)는 효율성, 컴팩트한 설계 및 제어 가능한 속도가 중요한 곳에서 사용됩니다. 유도 모터와 달리 PMSM 로터에는 영구 자석이 포함되어 있습니다. 부드러운 토크를 생성하기 위해 가변 주파수 드라이브는 고정자 자기장을 로터 자기장과 정렬된 상태로 유지해야 합니다. 따라서 로터 위치 정보는 PMSM 제어의 중요한 부분입니다.

엔코더는 이 정보를 제공할 수 있습니다. 모터 샤프트에 연결되어 드라이브에 위치 및 속도 신호를 보냅니다. 그러나 일부 응용 분야에서는 엔코더가 비용, 케이블, 설치 작업 및 진동, 먼지, 열 또는 습기에 노출되는 구성 요소를 추가합니다. 센서리스 PMSM 제어는 기계적 위치 센서를 사용하지 않고 로터 위치 및 속도를 추정합니다.

로터 위치가 중요한 이유?

PMSM 드라이브는 주파수만으로는 토크를 제어할 수 없습니다. 로터 자기 극이 어디에 있는지 알아야 올바른 시간에 올바른 고정자 권선에 전류를 보낼 수 있습니다. 추정된 로터 각도가 부정확하면 토크가 약하거나 불규칙해질 수 있습니다. 모터가 진동하거나 과도한 전류를 소비하거나 속도 안정성을 잃거나 보호 경보를 트리거할 수 있습니다.

이것이 PMSM 시스템이 일반적으로 벡터 제어를 사용하는 이유입니다. 드라이브는 모터 전류를 자기 플럭스와 토크에 영향을 미치는 구성 요소로 분리한 다음 지속적으로 조정합니다. 이는 기본 전압/헤르츠 제어보다 부하 변화에 대한 더 빠르고 안정적인 응답을 제공합니다. PMSM의 경우 로터 위치 추정의 품질은 토크 및 속도 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

센서리스 추정은 어떻게 작동하는가?

센서리스 드라이브는 출력 전류와 전압을 측정한 다음 모터 모델을 사용하여 로터 속도와 전기 각도를 추정합니다. 정상 작동 속도에서 모터는 역기전력(백 EMF라고도 함)을 생성합니다. 드라이브는 저항, 인덕턴스 및 자기 플럭스와 같은 모터 매개변수로 이 전기적 응답을 분석합니다. 알고리즘은 추정치를 지속적으로 업데이트하고 그에 따라 출력을 변경합니다.

이 방법은 드라이브가 이미 제어 및 보호를 위해 전기 값을 측정하기 때문에 실용적입니다. 별도의 샤프트 엔코더나 피드백 케이블이 필요하지 않습니다. 추정치는 여전히 온도, 모터 매개변수 정확도, 케이블 조건, 부하 변화 및 제어 알고리즘의 품질에 영향을 받습니다.

시작 및 저속 작동?

시동 및 매우 낮은 속도는 센서리스 PMSM 제어에 가장 까다로운 조건입니다. 로터가 정지하거나 천천히 움직이면 역기전력이 약해지므로 드라이브에서 분석할 전기 정보가 줄어듭니다. 많은 시스템에서 초기 로터 정렬 절차와 제어된 시동 시퀀스를 사용하여 정상 추정이 시작되기 전에 사용합니다. 드라이브 및 모터 설계에 따라 추가 저속 추정 방법도 사용할 수 있습니다.

센서리스 제어는 많은 팬, 펌프, 압축기, 믹서, 컨베이어 및 산업 기계에서 안정적으로 작동할 수 있습니다. 구성된 엔코더 시스템과 동일한 제로 속도 토크 정확도 또는 위치 확실성을 제공하지 못할 수 있습니다. 정확한 위치 지정, 제로 속도 근처에서의 장시간 작동, 중부하에서의 빠른 역회전 또는 엄격하게 제어되는 호이스트 작업이 필요한 응용 분야는 신중하게 검토해야 합니다.

이점 및 선택

엔코더를 제거하면 기계를 단순화할 수 있습니다. 배선 시간을 줄이고 외부 부품 수를 줄이며 엔코더 정렬 작업을 피하고 센서 관련 오류 가능성을 줄일 수 있습니다. 이러한 이점은 개조 프로젝트 및 열악한 산업 환경에서 유용할 수 있습니다.

속도 오차가 작아야 하거나 모터가 움직이기 전에 높은 토크가 필요하거나 기계가 정확한 샤프트 위치를 알아야 하는 경우 엔코더가 종종 정당화됩니다. 센서리스 제어는 외부 피드백 없이 안정적인 속도 조절과 효율적인 모터 작동을 목표로 할 때 종종 강력한 선택입니다.

신뢰할 수 있는 결과를 위한 커미셔닝

센서리스 PMSM 성능은 올바른 커미셔닝에 따라 달라집니다. 기술자는 모터 데이터를 정확하게 입력하고 배선, 전압 등급, 전류 정격, 극 쌍, 정격 속도 및 연결 방법을 확인해야 합니다. 드라이브에서 모터 식별 또는 자동 튜닝을 제공하는 경우 애플리케이션 요구 사항에 따라 완료해야 합니다.

시스템은 실제 부하에서 테스트해야 합니다. 모터 방향, 시동 동작, 전류, 속도 안정성, 가속, 감속, 온도 및 경보를 모두 확인해야 합니다. 드라이브는 무부하 모터를 잘 작동시킬 수 있지만 기계가 프로세스에 연결되면 조정이 필요할 수 있습니다.

엔코더 없는 PMSM 프로젝트의 경우 VEIKONG VFD530을 모터 드라이브 플랫폼으로 평가할 수 있습니다. 제어 기능은 PMSM 및 유도 모터 애플리케이션을 지원하며, 최종 구성은 모터 데이터, 부하 특성, 속도 범위 및 피드백 요구 사항에 따라 선택해야 합니다. 센서리스 성능이 프로세스 목표를 충족하는 경우 시스템은 외부 구성 요소를 줄여 모터 제어를 제공할 수 있습니다.

센서리스 PMSM 제어는 단순히 모터에서 엔코더를 제거한 것이 아닙니다. 전기적 동작에서 로터 상태를 추정하고 해당 추정치를 사용하여 토크와 속도를 관리하는 방법입니다. 강점과 한계를 이해하면 엔지니어가 기계에 적합한 솔루션을 선택하는 데 도움이 됩니다.

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