มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร หรือ PMSM ถูกนำมาใช้ในงานที่ต้องการประสิทธิภาพ การออกแบบที่กะทัดรัด และความเร็วที่ควบคุมได้ ต่างจากมอเตอร์เหนี่ยวนำ โรเตอร์ของ PMSM จะมีแม่เหล็กถาวร เพื่อสร้างแรงบิดที่ราบรื่น ตัวขับความถี่แปรผันจะต้องรักษาให้สนามแม่เหล็กสเตเตอร์สอดคล้องกับสนามแม่เหล็กรีเตอร์ ดังนั้นข้อมูลตำแหน่งรีเตอร์จึงเป็นส่วนสำคัญของการควบคุม PMSM

ตัวเข้ารหัส (Encoder) สามารถให้ข้อมูลนี้ได้ โดยเชื่อมต่อกับเพลาของมอเตอร์และส่งสัญญาณตำแหน่งและความเร็วไปยังตัวขับ อย่างไรก็ตาม ในบางแอปพลิเคชัน ตัวเข้ารหัสจะเพิ่มต้นทุน สายเคเบิล งานติดตั้ง และส่วนประกอบที่สัมผัสกับการสั่นสะเทือน ฝุ่น ความร้อน หรือความชื้น การควบคุม PMSM แบบไร้เซ็นเซอร์ (Sensorless) จะประมาณค่าตำแหน่งและความเร็วของรีเตอร์โดยไม่ต้องใช้เซ็นเซอร์ตำแหน่งเชิงกล

ทำไมตำแหน่งรีเตอร์จึงสำคัญ?

ตัวขับ PMSM ไม่สามารถควบคุมแรงบิดได้ด้วยความถี่เพียงอย่างเดียว จำเป็นต้องทราบตำแหน่งขั้วแม่เหล็กรีเตอร์ เพื่อที่จะส่งกระแสไปยังขดลวดสเตเตอร์ที่ถูกต้องในเวลาที่เหมาะสม หากมุมรีเตอร์ที่ประมาณค่าไม่ถูกต้อง แรงบิดอาจอ่อนแอหรือไม่สม่ำเสมอ มอเตอร์อาจสั่น กินกระแสมากเกินไป สูญเสียความเสถียรของความเร็ว หรือกระตุ้นสัญญาณเตือนการป้องกัน

นี่คือเหตุผลที่ระบบ PMSM มักใช้การควบคุมแบบเวกเตอร์ (Vector Control) ตัวขับจะแยกกระแสของมอเตอร์ออกเป็นส่วนประกอบที่ส่งผลต่อฟลักซ์แม่เหล็กและแรงบิด จากนั้นจึงปรับค่าเหล่านี้อย่างต่อเนื่อง สิ่งนี้ให้การตอบสนองที่รวดเร็วและเสถียรต่อการเปลี่ยนแปลงโหลดมากกว่าการควบคุมแบบโวลต์ต่อเฮิรตซ์พื้นฐาน สำหรับ PMSM คุณภาพของการประมาณค่าตำแหน่งรีเตอร์มีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของแรงบิดและความเร็ว

การประมาณค่าแบบไร้เซ็นเซอร์ทำงานอย่างไร?

ตัวขับแบบไร้เซ็นเซอร์จะวัดกระแสและแรงดันขาออก จากนั้นใช้แบบจำลองมอเตอร์เพื่อประมาณค่าความเร็วและมุมไฟฟ้าของรีเตอร์ ที่ความเร็วในการทำงานปกติ มอเตอร์จะสร้างแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำย้อนกลับ หรือที่เรียกว่า back EMF ตัวขับจะวิเคราะห์การตอบสนองทางไฟฟ้าเหล่านี้ด้วยพารามิเตอร์ของมอเตอร์ เช่น ความต้านทาน ความเหนี่ยวนำ และฟลักซ์แม่เหล็ก อัลกอริทึมจะอัปเดตค่าประมาณอย่างต่อเนื่องและเปลี่ยนแปลงเอาต์พุตตามนั้น

วิธีการนี้ใช้งานได้จริงเนื่องจากตัวขับได้วัดค่าทางไฟฟ้าเพื่อการควบคุมและการป้องกันอยู่แล้ว ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวเข้ารหัสเพลาแยกต่างหากหรือสายเคเบิลป้อนกลับ การประมาณค่าจะยังคงได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ ความแม่นยำของพารามิเตอร์มอเตอร์ สภาพสายเคเบิล การเปลี่ยนแปลงโหลด และคุณภาพของอัลกอริทึมการควบคุม

การสตาร์ทและการทำงานที่ความเร็วต่ำ?

การสตาร์ทและการทำงานที่ความเร็วต่ำมากเป็นสภาวะที่ท้าทายที่สุดสำหรับการควบคุม PMSM แบบไร้เซ็นเซอร์ Back EMF จะอ่อนแอเมื่อรีเตอร์หยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ช้า ดังนั้นตัวขับจะมีข้อมูลทางไฟฟ้าน้อยลงในการวิเคราะห์ ระบบจำนวนมากใช้ขั้นตอนการจัดตำแหน่งรีเตอร์เริ่มต้นและลำดับการสตาร์ทที่ควบคุมก่อนที่การประมาณค่าปกติจะทำงาน ขึ้นอยู่กับการออกแบบตัวขับและมอเตอร์ อาจมีวิธีการประมาณค่าความเร็วต่ำเพิ่มเติมด้วย

การควบคุมแบบไร้เซ็นเซอร์สามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในพัดลม ปั๊ม คอมเพรสเซอร์ เครื่องผสม สายพานลำเลียง และเครื่องจักรในอุตสาหกรรมหลายประเภท แต่อาจไม่ให้ความแม่นยำของแรงบิดที่ศูนย์ความเร็ว หรือความแน่นอนของตำแหน่งเท่ากับระบบตัวเข้ารหัสที่กำหนดค่าไว้ แอปพลิเคชันที่ต้องการการกำหนดตำแหน่งที่แม่นยำ การทำงานเป็นเวลานานใกล้ศูนย์ความเร็ว การกลับทิศทางอย่างรวดเร็วภายใต้โหลดหนัก หรือการยกที่ควบคุมอย่างเข้มงวด ควรได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบ

ประโยชน์และการเลือก

การถอดตัวเข้ารหัสออกสามารถทำให้เครื่องจักรเรียบง่ายขึ้น สามารถลดเวลาในการเดินสาย ลดจำนวนชิ้นส่วนภายนอก หลีกเลี่ยงงานจัดตำแหน่งตัวเข้ารหัส และลดข้อผิดพลาดที่อาจเกี่ยวข้องกับเซ็นเซอร์ ประโยชน์เหล่านี้มีประโยชน์ในโครงการปรับปรุงและสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่รุนแรง

ตัวเข้ารหัสมักจะมีความคุ้มค่าเมื่อข้อผิดพลาดของความเร็วต้องน้อย เมื่อต้องการแรงบิดสูงก่อนที่มอเตอร์จะเคลื่อนที่ หรือเมื่อเครื่องจักรต้องทราบตำแหน่งเพลาที่แม่นยำ การควบคุมแบบไร้เซ็นเซอร์มักเป็นตัวเลือกที่แข็งแกร่งเมื่อเป้าหมายคือการควบคุมความเร็วที่เสถียรและการทำงานของมอเตอร์อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องใช้การป้อนกลับภายนอก

การตั้งค่าเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่น่าเชื่อถือ

ประสิทธิภาพของ PMSM แบบไร้เซ็นเซอร์ขึ้นอยู่กับการตั้งค่าที่ถูกต้อง ช่างเทคนิคควรป้อนข้อมูลมอเตอร์อย่างถูกต้องและยืนยันการเดินสาย ระดับแรงดันไฟฟ้า พิกัดกระแส คู่ขั้ว ความเร็วพิกัด และวิธีการเชื่อมต่อ หากตัวขับมีการระบุรุ่นมอเตอร์หรือการปรับจูนอัตโนมัติ ควรดำเนินการตามข้อกำหนดของแอปพลิเคชัน

ระบบควรได้รับการทดสอบภายใต้โหลดจริง ควรตรวจสอบทิศทางมอเตอร์ พฤติกรรมการสตาร์ท กระแส ความเสถียรของความเร็ว การเร่งความเร็ว การหน่วงความเร็ว อุณหภูมิ และสัญญาณเตือน ตัวขับอาจทำงานกับมอเตอร์ที่ไม่มีโหลดได้ดี แต่ยังคงต้องการการปรับแต่งเมื่อเครื่องจักรเชื่อมต่อกับกระบวนการ

สำหรับโครงการ PMSM แบบไร้ตัวเข้ารหัส VEIKONG VFD530 สามารถประเมินเป็นแพลตฟอร์มตัวขับมอเตอร์ได้ ฟังก์ชันการควบคุมรองรับแอปพลิเคชัน PMSM และมอเตอร์เหนี่ยวนำ ในขณะที่การกำหนดค่าสุดท้ายควรเลือกตามข้อมูลมอเตอร์ ลักษณะโหลด ช่วงความเร็ว และความต้องการการป้อนกลับ ในกรณีที่ประสิทธิภาพแบบไร้เซ็นเซอร์ตรงตามเป้าหมายของกระบวนการ ระบบสามารถให้การควบคุมมอเตอร์โดยมีส่วนประกอบภายนอกน้อยลง

การควบคุม PMSM แบบไร้เซ็นเซอร์ไม่ใช่แค่การถอดตัวเข้ารหัสออกจากมอเตอร์เท่านั้น แต่เป็นวิธีการประมาณค่าสภาวะของรีเตอร์จากพฤติกรรมทางไฟฟ้าและใช้ค่าประมาณนั้นในการจัดการแรงบิดและความเร็ว การทำความเข้าใจจุดแข็งและข้อจำกัดช่วยให้วิศวกรสามารถเลือกโซลูชันที่เหมาะสมกับเครื่องจักรได้

คำที่เกี่ยวข้อง:

การควบคุม PMSM แบบไร้เซ็นเซอร์

ตัวขับมอเตอร์แบบไร้ตัวเข้ารหัส

การควบคุมแบบเวกเตอร์ PMSM