I motor sincroni a magneti permanenti, chiamati PMSM, sono utilizzati dove sono importanti efficienza, design compatto e velocità controllabile. A differenza di un motore a induzione, un rotore PMSM contiene magneti permanenti. Per produrre una coppia fluida, l'azionamento a frequenza variabile deve mantenere il campo magnetico dello statore allineato con il campo magnetico del rotore. Le informazioni sulla posizione del rotore sono quindi una parte importante del controllo PMSM.

Un encoder può fornire queste informazioni. È collegato all'albero motore e invia segnali di posizione e velocità all'azionamento. In alcune applicazioni, tuttavia, un encoder aggiunge costi, cavi, lavoro di installazione e un componente esposto a vibrazioni, polvere, calore o umidità. Il controllo PMSM senza sensore stima la posizione e la velocità del rotore senza utilizzare un sensore di posizione meccanico.

Perché la posizione del rotore è importante?

Un azionamento PMSM non può controllare la coppia solo con la frequenza. Deve sapere dove si trovano i poli magnetici del rotore, in modo da poter inviare corrente agli avvolgimenti dello statore corretti al momento giusto. Se l'angolo del rotore stimato è impreciso, la coppia può diventare debole o irregolare. Il motore può vibrare, assorbire corrente eccessiva, perdere stabilità di velocità o attivare un allarme di protezione.

Ecco perché i sistemi PMSM utilizzano comunemente il controllo vettoriale. L'azionamento separa la corrente del motore in componenti che influenzano il flusso magnetico e la coppia, quindi li regola continuamente. Ciò fornisce una risposta più rapida e stabile ai cambiamenti di carico rispetto al controllo di base volt per hertz. Per un PMSM, la qualità della stima della posizione del rotore ha un effetto diretto sulle prestazioni di coppia e velocità.

Come funziona la stima senza sensore?

Un azionamento senza sensore misura la corrente e la tensione di uscita, quindi utilizza un modello motore per stimare la velocità del rotore e l'angolo elettrico. A velocità operativa normale, il motore produce una forza controelettromotrice, spesso chiamata back EMF. L'azionamento analizza questa risposta elettrica con parametri motore come resistenza, induttanza e flusso magnetico. Il suo algoritmo aggiorna continuamente la stima e modifica l'uscita di conseguenza.

Il metodo è pratico perché l'azionamento misura già i valori elettrici per il controllo e la protezione. Non è richiesto alcun encoder sull'albero separato o cavo di feedback. La stima è ancora influenzata dalla temperatura, dall'accuratezza dei parametri motore, dalle condizioni dei cavi, dai cambiamenti di carico e dalla qualità dell'algoritmo di controllo.

Avvio e funzionamento a bassa velocità?

L'avvio e la velocità molto bassa sono le condizioni più impegnative per il controllo PMSM senza sensore. La back EMF diventa debole quando il rotore è fermo o si muove lentamente, quindi l'azionamento ha meno informazioni elettriche da analizzare. Molti sistemi utilizzano una procedura iniziale di allineamento del rotore e una sequenza di avvio controllata prima che la stima normale prenda il sopravvento. A seconda dell'azionamento e del design del motore, potrebbero essere disponibili anche metodi aggiuntivi di stima a bassa velocità.

Il controllo senza sensore può funzionare in modo affidabile in molte ventole, pompe, compressori, miscelatori, nastri trasportatori e macchine industriali. Potrebbe non fornire la stessa precisione di coppia a velocità zero o certezza di posizione di un sistema encoder configurato. Le applicazioni che richiedono un posizionamento esatto, un funzionamento prolungato vicino alla velocità zero, inversioni rapide sotto carico pesante o un servizio di sollevamento strettamente controllato devono essere esaminate attentamente.

Benefici e selezione

La rimozione dell'encoder può semplificare una macchina. Può ridurre i tempi di cablaggio, diminuire il numero di parti esterne, evitare il lavoro di allineamento dell'encoder e ridurre possibili guasti legati al sensore. Questi benefici possono essere utili nei progetti di retrofit e negli ambienti industriali difficili.

Un encoder è spesso giustificato quando l'errore di velocità deve essere piccolo, quando è necessaria un'elevata coppia prima che il motore si muova, o quando la macchina deve conoscere una posizione precisa dell'albero. Il controllo senza sensore è spesso una scelta forte quando l'obiettivo è una regolazione stabile della velocità e un funzionamento efficiente del motore senza feedback esterni.

Commissioning per risultati affidabili

Le prestazioni del PMSM senza sensore dipendono da un commissioning corretto. Il tecnico dovrebbe inserire accuratamente i dati del motore e confermare il cablaggio, la classe di tensione, la corrente nominale, le coppie polari, la velocità nominale e il metodo di connessione. Se l'azionamento fornisce identificazione motore o auto-tuning, dovrebbe essere completato secondo i requisiti dell'applicazione.

Il sistema dovrebbe essere testato sotto carico reale. Dovrebbero essere controllati la direzione del motore, il comportamento all'avvio, la corrente, la stabilità della velocità, l'accelerazione, la decelerazione, la temperatura e gli allarmi. Un azionamento può far funzionare bene un motore non caricato ma potrebbe comunque necessitare di aggiustamenti quando la macchina è collegata al suo processo.

Per progetti PMSM senza encoder, VEIKONG VFD530 può essere valutato come piattaforma di azionamento motore. Le sue funzioni di controllo supportano applicazioni PMSM e motori a induzione, mentre la configurazione finale dovrebbe essere selezionata in base ai dati del motore, alle caratteristiche del carico, all'intervallo di velocità e alle esigenze di feedback. Laddove le prestazioni senza sensore soddisfano l'obiettivo del processo, il sistema può fornire il controllo motore con meno componenti esterni.

Il controllo PMSM senza sensore non è semplicemente un encoder rimosso da un motore. È un metodo che stima la condizione del rotore dal comportamento elettrico e utilizza tale stima per gestire coppia e velocità. Comprendere i suoi punti di forza e i suoi limiti aiuta gli ingegneri a selezionare una soluzione adatta alla macchina.

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