Los motores síncronos de imanes permanentes, llamados PMSM, se utilizan donde la eficiencia, el diseño compacto y la velocidad controlable son importantes. A diferencia de un motor de inducción, el rotor de un PMSM contiene imanes permanentes. Para producir un par suave, el variador de frecuencia debe mantener el campo magnético del estator alineado con el campo magnético del rotor. Por lo tanto, la información de la posición del rotor es una parte importante del control del PMSM.

Un encoder puede proporcionar esta información. Está conectado al eje del motor y envía señales de posición y velocidad al variador. Sin embargo, en algunas aplicaciones, un encoder añade coste, cables, trabajo de instalación y un componente expuesto a vibraciones, polvo, calor o humedad. El control de PMSM sin sensor estima la posición y la velocidad del rotor sin utilizar un sensor de posición mecánico.

Por qué importa la posición del rotor?

Un variador de PMSM no puede controlar el par solo con la frecuencia. Necesita saber dónde están los polos magnéticos del rotor para poder enviar corriente a los devanados del estator correctos en el momento adecuado. Si el ángulo estimado del rotor es inexacto, el par puede ser débil o irregular. El motor puede vibrar, consumir una corriente excesiva, perder estabilidad de velocidad o activar una alarma de protección.

Es por eso que los sistemas PMSM utilizan comúnmente el control vectorial. El variador separa la corriente del motor en componentes que influyen en el flujo magnético y el par, y luego los ajusta continuamente. Esto proporciona una respuesta más rápida y estable a los cambios de carga que el control básico de voltios por hercio. Para un PMSM, la calidad de la estimación de la posición del rotor tiene un efecto directo en el rendimiento del par y la velocidad.

Cómo funciona la estimación sin sensor?

Un variador sin sensor mide la corriente y la tensión de salida, y luego utiliza un modelo de motor para estimar la velocidad y el ángulo eléctrico del rotor. A velocidad de funcionamiento normal, el motor produce una fuerza contraelectromotriz, a menudo llamada FEM inversa. El variador analiza esta respuesta eléctrica con parámetros del motor como la resistencia, la inductancia y el flujo magnético. Su algoritmo actualiza continuamente la estimación y cambia la salida en consecuencia.

El método es práctico porque el variador ya mide valores eléctricos para el control y la protección. No se requiere un encoder de eje o un cable de retroalimentación separado. La estimación todavía se ve afectada por la temperatura, la precisión de los parámetros del motor, las condiciones del cable, los cambios de carga y la calidad del algoritmo de control.

Arranque y funcionamiento a baja velocidad?

El arranque y la velocidad muy baja son las condiciones más exigentes para el control de PMSM sin sensor. La FEM inversa se debilita cuando el rotor está estacionario o se mueve lentamente, por lo que el variador tiene menos información eléctrica para analizar. Muchos sistemas utilizan un procedimiento de alineación inicial del rotor y una secuencia de arranque controlada antes de que la estimación normal tome el control. Dependiendo del diseño del variador y del motor, también pueden estar disponibles métodos adicionales de estimación a baja velocidad.

El control sin sensor puede funcionar de manera fiable en muchos ventiladores, bombas, compresores, mezcladores, transportadores y máquinas industriales. Puede que no proporcione la misma precisión de par a velocidad cero o certeza de posición que un sistema con encoder configurado. Las aplicaciones que requieren un posicionamiento exacto, un funcionamiento prolongado cerca de la velocidad cero, inversiones rápidas bajo carga pesada o una elevación controlada deben revisarse cuidadosamente.

Beneficios y selección

Eliminar el encoder puede simplificar una máquina. Puede reducir el tiempo de cableado, disminuir el número de piezas externas, evitar el trabajo de alineación del encoder y reducir posibles fallos relacionados con el sensor. Estos beneficios pueden ser útiles en proyectos de modernización y en entornos industriales hostiles.

Un encoder a menudo se justifica cuando el error de velocidad debe ser pequeño, cuando se necesita un alto par antes de que el motor se mueva, o cuando la máquina debe conocer una posición de eje precisa. El control sin sensor suele ser una opción sólida cuando el objetivo es una regulación de velocidad estable y un funcionamiento eficiente del motor sin retroalimentación externa.

Puesta en marcha para obtener resultados fiables

El rendimiento del PMSM sin sensor depende de una puesta en marcha correcta. El técnico debe introducir los datos del motor con precisión y confirmar el cableado, la clase de tensión, la corriente nominal, los pares de polos, la velocidad nominal y el método de conexión. Si el variador proporciona identificación del motor o autoajuste, debe completarse de acuerdo con los requisitos de la aplicación.

El sistema debe probarse bajo carga real. Se deben comprobar la dirección del motor, el comportamiento de arranque, la corriente, la estabilidad de la velocidad, la aceleración, la deceleración, la temperatura y las alarmas. Un variador puede hacer funcionar bien un motor sin carga, pero aún así necesitará ajustes cuando la máquina esté conectada a su proceso.

Para proyectos de PMSM sin encoder, el VEIKONG VFD530 puede ser evaluado como una plataforma de variador de motor. Sus funciones de control admiten aplicaciones de PMSM y de motor de inducción, mientras que la configuración final debe seleccionarse de acuerdo con los datos del motor, las características de carga, el rango de velocidad y las necesidades de retroalimentación. Cuando el rendimiento sin sensor cumple el objetivo del proceso, el sistema puede proporcionar control del motor con menos componentes externos.

El control de PMSM sin sensor no es simplemente un encoder eliminado de un motor. Es un método que estima la condición del rotor a partir del comportamiento eléctrico y utiliza esa estimación para gestionar el par y la velocidad. Comprender sus fortalezas y límites ayuda a los ingenieros a seleccionar una solución que se adapte a la máquina.

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