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Moteurs synchrones à aimants permanents sont hautement reconnus pour leur rendement élevé, leur faible bruit et leur fiabilité. Le contrôle de la vitesse fait partie intégrante de l'obtention des meilleures performances d'un moteur synchrone à aimant permanent. Tout comme chacun d'entre nous a un rythme ou une vitesse, les moteurs synchrones à aimant permanent modifient leur vitesse en application conditions pour répondre aux besoins et atteindre les meilleurs résultats.
Fondamentaux du contrôle de vitesse d'un moteur synchrone à aimant permanent
Le moteur synchrone à aimants permanents est un type de moteur dont le rotor est constitué d'aimants permanents interagissant avec les enroulements du stator pour générer un champ magnétique. Dans le moteur synchrone à aimants permanents, pendant son fonctionnement, la régulation de la vitesse est le moyen essentiel pour obtenir une grande précision de régulation et une optimisation des performances. Les principes de base du contrôle de la vitesse du moteur synchrone à aimants permanents sont décrits ci-dessous.
Synchronisation du champ magnétique :
Le champ magnétique du rotor d'un PMSM se déplace en synchronisme avec le champ magnétique rotatif créé par le stator, et ce mouvement synchrone est obtenu par le contrôle du courant dans l'enroulement du stator. Lorsque l'enroulement du stator est excité, le champ magnétique développé interagit avec le champ magnétique de l'aimant permanent, et le rotor suit le champ magnétique rotatif dans un mouvement synchrone. Il régule la vitesse du champ magnétique de rotation en régulant la taille et la direction du courant dans l'enroulement du stator et, ainsi, il réalise le contrôle de la vitesse d'un moteur synchrone à aimant permanent.
Système de contrôle en boucle fermée :
L'approche générale du PMSM repose sur le principe de contrôle en boucle fermée pour assurer un contrôle de vitesse plus précis et plus stable. Le système de contrôle en boucle fermée mesure la vitesse du moteur et la compare à la vitesse cible définie, en renvoyant le signal d'erreur au contrôleur. De plus, ce contrôleur ajuste le courant d'enroulement du stator en fonction du signal d'erreur de sorte que la vitesse du moteur se rapproche progressivement de la valeur définie et se situe dans la plage définie.
Méthodes courantes de contrôle de la vitesse des moteurs synchrones à aimant permanent
Contrôle PID traditionnel :
Le PID traditionnel est l'une des méthodes les plus simples mais les plus courantes pour le contrôle de la vitesse des moteurs synchrones à aimant permanent. Cette méthode de contrôle calcule une quantité de contrôle en comparant l'erreur entre la vitesse définie et la vitesse réelle, puis transforme cette quantité de contrôle en quantité de réglage du courant d'enroulement du stator. Un contrôleur PID ajuste le courant de l'enroulement du stator en fonction de l'ampleur de l'erreur et du taux de variation dans le but d'une approximation progressive de la valeur définie de la vitesse du moteur. Le contrôle PID est simple et facile à réaliser, mais certaines limitations peuvent apparaître en termes de réponse rapide et de capacité anti-interférence. Cette méthode convient aux applications qui ne nécessitent pas une précision de contrôle élevée, telles que les pompes et autres applications à charges légères.
Contrôle vectoriel :
Le contrôle vectoriel est une sorte de méthode de contrôle de vitesse de moteur synchrone à aimant permanent basée sur le vecteur de courant. Il réalise le contrôle de la vitesse du moteur en décomposant le courant d'enroulement du stator en deux composantes sur des axes orthogonaux - axes magnétique et rotatif - et en contrôlant respectivement l'amplitude et la phase de ces deux composantes. Le contrôle vectoriel possède ainsi une bonne réponse dynamique et une grande précision de contrôle, permettant ainsi de réaliser un contrôle de vitesse rapide et précis. Il est applicable dans les cas où un contrôle de haute précision est nécessaire sous une charge lourde.
Contrôle direct du couple (DTC) :
Il s'agit d'une sorte de méthode de contrôle de vitesse de moteur synchrone à aimant permanent, qui est basée sur la chaîne magnétique et le couple. Il mesure directement la chaîne magnétique et le couple du moteur et calcule le courant d'enroulement du stator approprié en fonction du couple et de la vitesse cibles définis. Avec lui, les changements de la chaîne magnétique et du couple du moteur peuvent être suivis en un instant, et le courant vers les enroulements du stator est ainsi ajusté avec précision. En réalisant un contrôle de précision sur la vitesse du moteur, des avantages sont obtenus grâce au DTC, notamment de bonnes performances dynamiques, une réponse rapide et une forte résistance aux perturbations de charge, mais sa structure de base est relativement compliquée en raison de sa forte demande de calcul de contrôle. Le DTC a les mérites d'une réponse rapide, de performances dynamiques élevées et d'une perturbation anti-charge, mais il est relativement complexe et nécessite des ressources de calcul élevées du contrôleur. Ainsi, il convient aux applications qui nécessitent une précision de contrôle et des performances dynamiques élevées, telles que les machines-outils et d'autres applications où de grandes variations de charge existent.
Contrôle prédictif du modèle (MPC) :
Le contrôle prédictif par modèle est la méthode de contrôle de vitesse basée sur un modèle mathématique pour le moteur synchrone à aimant permanent. Il prédit l'état et le comportement du moteur pour une période future à l'aide d'une modélisation mathématique du système avec un moteur et détermine une stratégie de contrôle supérieure en effectuant les meilleurs calculs d'optimisation par rapport aux objectifs de contrôle déjà définis. Plusieurs facteurs peuvent être pris en compte par un contrôleur MPC, tels que les caractéristiques dynamiques du moteur, les contraintes et les objectifs de contrôle en vue, pour réaliser un contrôle de vitesse haute performance. Les domaines d'application avec des exigences élevées en matière de précision de contrôle et de performances dynamiques sont adaptés à l'application. Le MPC convient aux applications qui ont une précision de contrôle et des performances dynamiques élevées.
Pour aller plus loin
Les technologies de contrôle de vitesse pour les moteurs synchrones à aimants permanents constituent un domaine de recherche important, avec une grande utilité pratique. Diverses méthodes de contrôle de leur vitesse présentent des performances meilleures et améliorées dans différents types d'industries en raison de la présence de précision dans les opérations du système moteur. D'autres apports de recherche permettront sûrement une innovation continue pour de nouvelles percées qui amélioreraient la vitesse des moteurs synchrones à aimants permanents. Cela ouvre la voie à des applications efficaces, économiques et plus écologiques pour les industries.
