ちょっと、そこ！ PMSM モーターのサプライヤーとして、私は PMSM モーターのセンサーベース制御とセンサーレス制御の違いについてよく質問されます。そこで、それをわかりやすく解説するためにこのブログを書こうと思いました。
PMSM モーターの簡単な紹介から始めましょう。永久磁石同期モーター (PMSM) は、産業機械から電気自動車に至るまで、多くのアプリケーションで非常に人気があります。これらは、高効率、高電力密度、優れた動的性能で知られています。しかし、これらのモーターの制御に関しては、センサーベースの制御とセンサーレス制御という 2 つの主なアプローチがあります。
センサーベースのPMSMモーター制御
センサーベースの制御は、名前が示すように、センサーを使用してモーターの特定のパラメーターを測定します。使用される最も一般的なセンサーはエンコーダーとリゾルバーです。これらのセンサーは、ローターの位置、速度、さらにはモーターのトルクに関するリアルタイムの情報を提供します。
センサーベースの制御の最大の利点の 1 つは、その精度です。ローターの正確な位置を知ることで、モーター巻線に印加される電流と電圧を正確に制御できます。これにより、スムーズな動作、高いトルク密度、優れた速度調整が実現します。たとえば、精密な速度制御が重要な用途、たとえば、45kw 380v PMSMモーター高精度の製造プロセスで使用されるセンサーベースの制御により、モーターが必要な正確な速度で動作することが保証されます。
もう 1 つの利点は、動的な変更を迅速に処理できることです。センサーは負荷や速度の急激な変化を検出し、その情報をコントローラーに送信します。コントローラーは制御信号をリアルタイムで調整して、モーターの安定した動作を維持します。このため、センサーベースの制御は、ロボットの関節など、負荷が急速に変化するアプリケーションに最適です。
ただし、センサーベースの制御には欠点もあります。センサー自体により、モーター システムのコストと複雑さが増大します。適切に設置、校正、保守する必要があります。センサーに異常があると、誤った制御信号が発生し、モーターが損傷する可能性があります。また、高温、振動、電磁干渉などの過酷な環境では、センサーが確実に動作しない可能性があります。
PMSMモーターのセンサーレス制御
一方、センサーレス制御は、物理センサーを使用せずにローターの位置と速度を推定しようとします。代わりに、モーター巻線から測定される電流や電圧などの電気信号に基づいて、ローターの位置と速度を計算します。
センサーレス制御の主な利点の 1 つは、その費用対効果です。センサーの必要性を排除することで、モーターシステムの全体的なコストが削減されます。このため、一部の家庭用電化製品や、永久磁石交流同期モータ。
センサーレス制御によりモーターシステムの信頼性も向上します。故障や誤動作の恐れのあるセンサーがないため、メンテナンスの心配が一つ減ります。さらに、センサーが故障する可能性がある過酷な環境でも良好に動作します。
しかし、センサーレス制御にも課題がないわけではありません。ローターの位置と速度の計算に使用される推定アルゴリズムはより複雑です。低速では、これらのパラメータを正確に推定することが難しく、パフォーマンスの低下につながる可能性があります。また、センサーレス制御のパフォーマンスは、モーターパラメーターの変動、負荷の外乱、測定誤差などの要因によって影響を受ける可能性があります。
性能比較
パフォーマンスに関しては、センサーベースの制御とセンサーレス制御には異なる特性があります。
始動性能に関しては、通常、センサーベースの制御が有利です。スタート時からローターの正確な位置を把握しているため、適切な量のトルクを加えてモーターをスムーズに始動させることができます。センサーレス制御では、特に推定アルゴリズムが正しいローター位置に収束するまでに時間がかかる場合、起動時に問題が発生する可能性があります。
定常状態の動作では、どちらの方法でも良好なパフォーマンスを達成できます。ただし、センサーベースの制御は、特に非常に高い精度が必要なアプリケーションにおいて、より正確な制御を提供できます。ほとんどの場合、センサーレス制御でも満足のいくパフォーマンスが得られますが、速度やトルクに若干の変動が生じる場合があります。
動的なパフォーマンスを実現するために、センサーベースの制御は負荷の変化により迅速に対応できます。センサーは変化を即座に検出でき、コントローラーは制御信号を即座に調整できます。センサーレス制御はローターの位置と速度の推定に依存しているため、これらの変化を検出して応答するのに少し時間がかかる場合があります。
アプリケーションの考慮事項
センサーベースの制御とセンサーレス制御のどちらを選択するかは、特定のアプリケーション要件によって異なります。
航空宇宙、ロボット工学、ハイエンド製造など、高精度が要求されるアプリケーションでは、多くの場合、センサーベースの制御が推奨されます。このようなアプリケーションでは、モーターの速度とトルクを正確に制御する機能が重要です。
一方、一部の家電製品や低コストの産業用機器など、コストが重要な要素であり、高精度が絶対に必要ではないアプリケーションの場合は、センサーレス制御の方が良い選択です。パフォーマンスとコストのバランスを適切に保つことができます。
場合によっては、両方の方法を組み合わせて使用することもできます。たとえば、自動車で使用されるモーター システムでは、金属圧延機用DCモーター、スムーズで正確なパフォーマンスを保証するために、起動時および低速動作中にセンサーベースの制御を使用することができ、高速動作中にコストを削減し信頼性を高めるためにセンサーレス制御を使用することができます。
結論
以上が、PMSM モーターのセンサーベース制御とセンサーレス制御の主な違いです。どちらの方法にも独自の長所と短所があり、適切な選択は特定のニーズによって異なります。
PMSM モーターの市場に参入していて、どの制御方法がアプリケーションに適しているかわからない場合は、遠慮なくお問い合わせください。私たちは、お客様がプロジェクトに最適な決定を下せるようお手伝いいたします。高精度のセンサーベースのモーターが必要な場合でも、コスト効率の高いセンサーレスモーターが必要な場合でも、当社が対応します。お客様の要件について話し合い、完璧な PMSM モーター ソリューションを提供するためにどのように協力できるかを見てみましょう。
参考文献
- セバスチャン、T.、トリヤット、HA (2006)。 AC 機器のセンサーレス制御 - 過去、現在、未来。 IEEE Transactions on Industrial Electronics、53(1)、131 ～ 144。
- I. ボルデア、SA 州ナサール (2002)。電気ドライブ: 調整可能な速度とサーボドライブ。 CRCプレス。
