VFコントロールVFDのサプライヤーとして、私は、さまざまな周波数ドライブのパフォーマンスと効率において、トルク制御が機能する重要な役割を直接目撃しました。このブログでは、VFコントロールVFDのさまざまなトルク制御方法を調べて、その原則、利点、およびアプリケーションを掘り下げます。
VFDのトルクの理解
トルクは、オブジェクトが軸の周りを回転させる回転力です。 VFDのコンテキストでは、さまざまな負荷条件下でモーターの目的の速度と性能を維持するためにトルク制御が不可欠です。 VFコントロールVFD（可変周波数駆動）は、モーターに供給される周波数と電圧を調整して、速度とトルクを制御します。
直接トルク制御（DTC）
最も高度なトルク制御方法の1つは、直接トルク制御（DTC）です。 DTCは、モーターのトルクとフラックスの直接的な迅速な制御を提供します。他の方法のように複雑な座標変換を使用する代わりに、DTCは、参照と実際のトルク値とフラックス値の違いに基づいて、最適な電圧ベクトルを直接選択します。
DTCの背後にある原則は、目的のトルクとフラックスの間の誤差を最小限に抑えることです。ヒステリシスコントローラーを使用することにより、DTCは電圧ベクトルをすばやく調整して、指定されたバンド内のトルクとフラックスを維持できます。これにより、非常に速い動的な応答が得られます。これは、ロボット工学や高速加工など、トルクの急速な変化が必要なアプリケーションで特に役立ちます。
DTCの利点は次のとおりです。
- 高速動的応答：それはミリ秒の順にトルク応答時間を達成することができ、モーターの迅速な加速と減速を可能にします。
- 高いトルク精度：さまざまな負荷条件下でも、トルクの正確な制御を維持できます。
- 簡略化された制御構造：複雑な座標変換に依存していないため、コントロールアルゴリズムは比較的単純で、コントローラーの計算負荷が減少します。
ただし、DTCにはいくつかの制限もあります。比較的高いレベルのトルクリップルを生成する可能性があり、モーターと接続された機器に機械的振動を引き起こす可能性があります。さらに、DTCのインバーターのスイッチング周波数は一定ではなく、電磁干渉（EMI）の問題につながる可能性があります。
ベクトル制御
フィールド指向制御（FOC）とも呼ばれるベクトル制御は、VF制御VFDに広く使用されているもう1つのトルク制御方法です。ベクトル制御の基本的な考え方は、モーターの3つの位相ステーター電流を2つの直交成分の2つの直交成分に変換することです。トルク - 生成成分（q-軸電流）とフラックス - 生成成分（d -軸電流）です。
ベクトル制御では、ステーター電流が最初に測定され、次に定常3位参照フレームからローターフラックスに合わせた回転2位相基準フレームに変換されます。 q軸とd軸電流を独立して制御することにより、モーターのトルクとフラックスを個別に制御できます。
ベクトル制御には、直接ベクトル制御と間接ベクトル制御の2つの主なタイプがあります。直接ベクター制御では、ホールセンサーやエンコーダなどのセンサーを使用して、ローターフラックス位置が直接測定されます。一方、間接ベクトル制御は、モーターの電気パラメーターと測定されたステーター電流に基づいて、ローターフラックスの位置を推定します。
ベクトル制御の利点は次のとおりです。
- 高トルク制御の精度：トルクの非常に正確な制御を提供することができ、エレベーターや繊維機械などの高精度の速度とトルクの調節を必要とするアプリケーションに適しています。
- 低トルクリップル：DTCと比較して、ベクトル制御は一般にトルクリップルが少なくなり、モーターのより滑らかな動作が生じます。
- 一定のスイッチング周波数：ベクトル制御のインバーターは、一定のスイッチング周波数で動作し、EMIを減らすのに役立ちます。
ただし、ベクトル制御にはいくつかの欠点もあります。ステーター抵抗、ローター抵抗、相互インダクタンスなど、モーターの電気パラメーターに関する正確な知識が必要です。これらのパラメーターのエラーは、制御システムのパフォーマンスに影響を与える可能性があります。さらに、コントロールアルゴリズムはDTCよりも複雑で、より強力なコントローラーが必要です。
トルクブースト付きのV/Fコントロール
V/Fコントロールは、VFDで最も単純で最も一般的に使用される制御方法です。 V/Fコントロールでは、モーターに比較的一定の磁束を維持するために、周波数（v）の周波数（v）の比率が一定に保たれます。ただし、低周波数では、ステーター抵抗電圧降下が大幅になり、モーターのトルクが減少する可能性があります。
これを補うために、トルクブーストがV/Fコントロールに追加されます。トルクブーストは、モーターのトルクを維持するために、低周波数で電圧を増加させます。これは、周波数に基づいてVFDの出力電圧に追加の電圧成分を追加することによって達成されます。
トルクブーストによるV/Fコントロールの利点は次のとおりです。
- 単純な制御アルゴリズム：実装が簡単で、モーターのパラメーターに関する最小限の知識が必要です。
- 低コスト：複雑なセンサーや制御アルゴリズムは必要ないため、VFDのコストは比較的低いです。
- 一般的な目的アプリケーションに適しています：ファン、ポンプ、コンベアなど、正確なトルク制御が重要ではないアプリケーションで広く使用されています。
ただし、トルクブーストを備えたV/Fコントロールのトルク制御機能は限られています。 DTCやベクター制御と同じレベルのトルク精度と動的応答を提供することはできません。トルクブーストは固定補償であり、すべての負荷条件に最適ではない場合があります。
さまざまなトルク制御方法のアプリケーション
- 直接トルク制御：DTCは、電気自動車、高速列車、産業用ロボットなど、迅速な動的な応答と高いトルク性能を必要とするアプリケーションに適しています。たとえば、電気自動車では、DTCはモーターのトルクをすばやく調整して、スムーズな加速と減速を提供し、車両の運転体験を改善できます。
- ベクトル制御：ベクター制御は、機械工場、エレベーター、繊維機械など、高精度の速度とトルク制御を必要とするアプリケーションで一般的に使用されます。工作機械では、ベクトル制御は、モーターのトルクを正確に制御することにより、正確な切断力を確保し、高品質の機械加工をもたらします。
- トルクブースト付きのV/Fコントロール：トルクブーストを備えたV/Fコントロールは、一般的に広く使用されています - コストがファン、ポンプ、ブロワーなどの有効性が大きな懸念事項である目的アプリケーションです。ファンアプリケーションでは、比較的一定の速度を維持し、ファンブレードを駆動するのに十分なトルクを提供できます。
結論
結論として、VFコントロールVFDのトルク制御方法の選択は、アプリケーションの特定の要件に依存します。直接トルク制御は迅速な動的応答を提供しますが、トルクリップルとEMIに問題がある場合があります。ベクトル制御は高精度のトルク制御を提供しますが、正確なモーターパラメーターとより複雑な制御アルゴリズムが必要です。トルクブーストを備えたV/Fコントロールはシンプルでコストです - 効果的ですが、トルク制御機能は限られています。
VFコントロールVFDのサプライヤーとして、アプリケーションのニーズに基づいて最適なVFDソリューションを提供できます。あなたが必要かどうかVFD変数周波数駆動一般的な目的アプリケーションまたは高パフォーマンスのために単相VFDドライブ専門的なタスクの場合、またはa通常の義務とヘビーデューティVFDさまざまな負荷条件を処理するために、お客様の要件を満たす専門知識と製品があります。
VF Control VFD製品に興味がある場合、またはトルク制御方法に関する詳細情報が必要な場合は、詳細な議論と調達交渉についてお気軽にお問い合わせください。お客様のアプリケーションに最適なパフォーマンスと効率を達成するために、お客様と協力することを楽しみにしています。
参照
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- Novotny、DW、＆Lipo、TA（2006）。 ACドライブのベクトル制御とダイナミクス。オックスフォード大学出版局。
- Bose、BK（2002）。最新のパワーエレクトロニクスとACドライブ。プレンティスホール。