Les moteurs synchrones à aimants permanents, appelés moteurs PMSM, sont utilisés lorsque l'efficacité, la conception compacte et la vitesse contrôlable sont importantes. Contrairement à un moteur à induction, le rotor d'un moteur PMSM contient des aimants permanents. Pour produire un couple fluide, le variateur de fréquence doit maintenir le champ magnétique du stator aligné avec le champ magnétique du rotor. Les informations sur la position du rotor sont donc une partie importante du contrôle du moteur PMSM.

Un encodeur peut fournir ces informations. Il est connecté à l'arbre du moteur et envoie des signaux de position et de vitesse au variateur. Dans certaines applications, cependant, un encodeur ajoute des coûts, des câbles, des travaux d'installation et un composant exposé aux vibrations, à la poussière, à la chaleur ou à l'humidité. Le contrôle de moteur PMSM sans capteur estime la position et la vitesse du rotor sans utiliser de capteur de position mécanique.

Pourquoi la position du rotor est importante?

Un variateur de moteur PMSM ne peut pas contrôler le couple par la seule fréquence. Il doit savoir où se trouvent les pôles magnétiques du rotor, afin de pouvoir envoyer du courant aux bons enroulements du stator au bon moment. Si l'angle du rotor estimé est inexact, le couple peut devenir faible ou inégal. Le moteur peut vibrer, tirer un courant excessif, perdre la stabilité de sa vitesse ou déclencher une alarme de protection.

C'est pourquoi les systèmes PMSM utilisent couramment le contrôle vectoriel. Le variateur sépare le courant du moteur en composantes qui influencent le flux magnétique et le couple, puis les ajuste en continu. Cela offre une réponse plus rapide et plus stable aux changements de charge que le contrôle basique volts par hertz. Pour un moteur PMSM, la qualité de l'estimation de la position du rotor a un effet direct sur les performances de couple et de vitesse.

Comment fonctionne l'estimation sans capteur?

Un variateur sans capteur mesure le courant et la tension de sortie, puis utilise un modèle de moteur pour estimer la vitesse du rotor et l'angle électrique. À vitesse de fonctionnement normale, le moteur produit une force contre-électromotrice, souvent appelée force contre-EM. Le variateur analyse cette réponse électrique avec des paramètres moteur tels que la résistance, l'inductance et le flux magnétique. Son algorithme met à jour continuellement l'estimation et modifie la sortie en conséquence.

La méthode est pratique car le variateur mesure déjà les valeurs électriques pour le contrôle et la protection. Aucun encodeur d'arbre séparé ni câble de retour n'est requis. L'estimation est toujours affectée par la température, la précision des paramètres moteur, les conditions des câbles, les changements de charge et la qualité de l'algorithme de contrôle.

Démarrage et fonctionnement à basse vitesse?

Le démarrage et la très basse vitesse sont les conditions les plus exigeantes pour le contrôle de moteur PMSM sans capteur. La force contre-EM devient faible lorsque le rotor est stationnaire ou se déplace lentement, de sorte que le variateur dispose de moins d'informations électriques à analyser. De nombreux systèmes utilisent une procédure d'alignement initial du rotor et une séquence de démarrage contrôlée avant que l'estimation normale ne prenne le relais. Selon la conception du variateur et du moteur, des méthodes d'estimation supplémentaires à basse vitesse peuvent également être disponibles.

Le contrôle sans capteur peut fonctionner de manière fiable dans de nombreux ventilateurs, pompes, compresseurs, mélangeurs, convoyeurs et machines industrielles. Il peut ne pas fournir la même précision de couple à vitesse nulle ou la même certitude de position qu'un système à encodeur configuré. Les applications nécessitant un positionnement exact, un fonctionnement prolongé près de la vitesse nulle, des inversions rapides sous forte charge ou un levage étroitement contrôlé doivent être examinées attentivement.

Avantages et sélection

La suppression de l'encodeur peut simplifier une machine. Elle peut réduire le temps de câblage, diminuer le nombre de pièces externes, éviter les travaux d'alignement de l'encodeur et réduire les pannes potentielles liées aux capteurs. Ces avantages peuvent être utiles dans les projets de modernisation et les environnements industriels difficiles.

Un encodeur est souvent justifié lorsque l'erreur de vitesse doit être faible, lorsqu'un couple élevé est nécessaire avant que le moteur ne bouge, ou lorsque la machine doit connaître une position d'arbre précise. Le contrôle sans capteur est souvent un choix judicieux lorsque l'objectif est une régulation de vitesse stable et un fonctionnement moteur efficace sans retour externe.

Mise en service pour des résultats fiables

Les performances des moteurs PMSM sans capteur dépendent d'une mise en service correcte. Le technicien doit saisir les données du moteur avec précision et confirmer le câblage, la classe de tension, le courant nominal, les paires de pôles, la vitesse nominale et la méthode de connexion. Si le variateur fournit une identification moteur ou un auto-réglage, cela doit être effectué conformément aux exigences de l'application.

Le système doit être testé sous charge réelle. La direction du moteur, le comportement au démarrage, le courant, la stabilité de la vitesse, l'accélération, la décélération, la température et les alarmes doivent tous être vérifiés. Un variateur peut faire fonctionner un moteur sans charge correctement mais nécessiter un ajustement lorsque la machine est connectée à son processus.

Pour les projets de moteurs PMSM sans encodeur, le VEIKONG VFD530 peut être évalué comme plateforme de variateur moteur. Ses fonctions de contrôle prennent en charge les applications de moteurs PMSM et à induction, tandis que la configuration finale doit être sélectionnée en fonction des données du moteur, des caractéristiques de charge, de la plage de vitesse et des besoins de retour. Lorsque les performances sans capteur répondent à l'objectif du processus, le système peut fournir un contrôle moteur avec moins de composants externes.

Le contrôle de moteur PMSM sans capteur n'est pas simplement un encodeur retiré d'un moteur. C'est une méthode qui estime l'état du rotor à partir du comportement électrique et utilise cette estimation pour gérer le couple et la vitesse. Comprendre ses forces et ses limites aide les ingénieurs à sélectionner une solution adaptée à la machine.

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