Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, gọi là PMSM, được sử dụng khi hiệu suất, thiết kế nhỏ gọn và tốc độ có thể điều khiển là quan trọng. Không giống như động cơ cảm ứng, rotor của PMSM chứa nam châm vĩnh cửu. Để tạo ra mô-men xoắn mượt mà, bộ truyền động tần số biến đổi phải giữ cho từ trường stato thẳng hàng với từ trường rotor. Do đó, thông tin vị trí rotor là một phần quan trọng trong việc điều khiển PMSM.

Một bộ mã hóa có thể cung cấp thông tin này. Nó được kết nối với trục động cơ và gửi tín hiệu vị trí và tốc độ đến bộ truyền động. Tuy nhiên, trong một số ứng dụng, bộ mã hóa làm tăng chi phí, dây cáp, công việc lắp đặt và một bộ phận tiếp xúc với rung động, bụi, nhiệt hoặc độ ẩm. Điều khiển PMSM không cảm biến ước tính vị trí và tốc độ rotor mà không sử dụng cảm biến vị trí cơ học.

Tại sao vị trí rotor lại quan trọng?

Bộ truyền động PMSM không thể điều khiển mô-men xoắn chỉ bằng tần số. Nó cần biết các cực từ của rotor đang ở đâu, để nó có thể gửi dòng điện đến các cuộn dây stato chính xác vào đúng thời điểm. Nếu góc rotor ước tính không chính xác, mô-men xoắn có thể yếu hoặc không đều. Động cơ có thể rung, tiêu thụ dòng điện quá mức, mất ổn định tốc độ hoặc kích hoạt cảnh báo bảo vệ.

Đây là lý do tại sao các hệ thống PMSM thường sử dụng điều khiển vector. Bộ truyền động tách dòng điện động cơ thành các thành phần ảnh hưởng đến từ thông và mô-men xoắn, sau đó điều chỉnh chúng liên tục. Điều này cung cấp phản hồi nhanh hơn và ổn định hơn với những thay đổi tải so với điều khiển volt trên hertz cơ bản. Đối với PMSM, chất lượng ước tính vị trí rotor có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất mô-men xoắn và tốc độ.

Cách ước tính không cảm biến hoạt động?

Bộ truyền động không cảm biến đo dòng điện và điện áp đầu ra, sau đó sử dụng mô hình động cơ để ước tính tốc độ và góc điện của rotor. Ở tốc độ hoạt động bình thường, động cơ tạo ra sức điện động ngược, thường được gọi là back EMF. Bộ truyền động phân tích phản ứng điện này với các thông số động cơ như điện trở, điện cảm và từ thông. Thuật toán của nó liên tục cập nhật ước tính và thay đổi đầu ra cho phù hợp.

Phương pháp này thực tế vì bộ truyền động đã đo các giá trị điện để điều khiển và bảo vệ. Không cần bộ mã hóa trục riêng hoặc cáp phản hồi. Ước tính vẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, độ chính xác của thông số động cơ, điều kiện cáp, thay đổi tải và chất lượng của thuật toán điều khiển.

Khởi động và hoạt động ở tốc độ thấp?

Khởi động và tốc độ rất thấp là những điều kiện đòi hỏi khắt khe nhất đối với điều khiển PMSM không cảm biến. Back EMF trở nên yếu khi rotor đứng yên hoặc di chuyển chậm, do đó bộ truyền động có ít thông tin điện hơn để phân tích. Nhiều hệ thống sử dụng quy trình căn chỉnh rotor ban đầu và trình tự khởi động được kiểm soát trước khi ước tính bình thường bắt đầu. Tùy thuộc vào thiết kế bộ truyền động và động cơ, các phương pháp ước tính tốc độ thấp bổ sung cũng có thể có sẵn.

Điều khiển không cảm biến có thể hoạt động đáng tin cậy trong nhiều quạt, máy bơm, máy nén, máy trộn, băng tải và máy móc công nghiệp. Nó có thể không cung cấp độ chính xác mô-men xoắn ở tốc độ bằng không hoặc độ chắc chắn về vị trí như hệ thống bộ mã hóa được cấu hình. Các ứng dụng yêu cầu định vị chính xác, hoạt động lâu ở tốc độ gần bằng không, đảo chiều nhanh dưới tải nặng hoặc nhiệm vụ nâng hạ được kiểm soát chặt chẽ nên được xem xét cẩn thận.

Lợi ích và lựa chọn

Loại bỏ bộ mã hóa có thể đơn giản hóa máy móc. Nó có thể giảm thời gian đi dây, giảm số lượng bộ phận bên ngoài, tránh công việc căn chỉnh bộ mã hóa và giảm các lỗi có thể liên quan đến cảm biến. Những lợi ích này có thể hữu ích trong các dự án nâng cấp và môi trường công nghiệp khắc nghiệt.

Bộ mã hóa thường được biện minh khi sai số tốc độ phải nhỏ, khi cần mô-men xoắn cao trước khi động cơ di chuyển, hoặc khi máy phải biết vị trí trục chính xác. Điều khiển không cảm biến thường là một lựa chọn mạnh mẽ khi mục tiêu là điều chỉnh tốc độ ổn định và hoạt động động cơ hiệu quả mà không cần phản hồi bên ngoài.

Cấu hình để có kết quả đáng tin cậy

Hiệu suất PMSM không cảm biến phụ thuộc vào việc cấu hình chính xác. Kỹ thuật viên nên nhập dữ liệu động cơ một cách chính xác và xác nhận dây điện, lớp điện áp, định mức dòng điện, cặp cực, tốc độ định mức và phương pháp kết nối. Nếu bộ truyền động cung cấp chức năng nhận dạng động cơ hoặc tự động điều chỉnh, nó nên được hoàn thành theo yêu cầu của ứng dụng.

Hệ thống nên được kiểm tra dưới tải thực tế. Hướng động cơ, hành vi khởi động, dòng điện, độ ổn định tốc độ, gia tốc, giảm tốc, nhiệt độ và cảnh báo đều nên được kiểm tra. Bộ truyền động có thể chạy động cơ không tải tốt nhưng vẫn cần điều chỉnh khi máy được kết nối với quy trình của nó.

Đối với các dự án PMSM không có bộ mã hóa, VEIKONG VFD530 có thể được đánh giá làm nền tảng điều khiển động cơ. Các chức năng điều khiển của nó hỗ trợ các ứng dụng động cơ PMSM và động cơ cảm ứng, trong khi cấu hình cuối cùng nên được chọn theo dữ liệu động cơ, đặc tính tải, dải tốc độ và nhu cầu phản hồi. Khi hiệu suất không cảm biến đáp ứng mục tiêu quy trình, hệ thống có thể cung cấp khả năng điều khiển động cơ với ít bộ phận bên ngoài hơn.

Điều khiển PMSM không cảm biến không chỉ đơn giản là loại bỏ bộ mã hóa khỏi động cơ. Đó là một phương pháp ước tính trạng thái rotor từ hành vi điện và sử dụng ước tính đó để quản lý mô-men xoắn và tốc độ. Hiểu rõ điểm mạnh và giới hạn của nó giúp các kỹ sư lựa chọn giải pháp phù hợp với máy móc.

Từ liên quan:

điều khiển PMSM không cảm biến

bộ truyền động động cơ không có bộ mã hóa

điều khiển vector PMSM