4 ベクトル制御とトルク制御の主な違い

皆さんこんにちは。本日は可変周波数駆動装置（VFD）における二つの主要制御戦略、ベクトル制御とトルク制御について議論します。これらは最も基本的な制御手法です。 VFDドライブ そして、しばしば高性能VFD制御方式と呼ばれている。.

多くの人々が両者の関係を混同している：一方は制御技術であり、他方は制御モードである。簡単に言えば、ベクトル制御は制御手法であるのに対し、トルク制御は制御目標または運転モードである。次に、両者の相違点と関連性について掘り下げていく。.

概念上の相違点

可変周波数駆動（VFD）制御方式において、ベクトル制御は主に速度閉ループ制御に用いられ、トルク制御は定トルク出力制御に採用される。.

VFDが現在ベクトル制御モードで動作していると仮定すると、その入力は速度指令値である。システムの目的は、出力速度と設定周波数の間を高精度に一致させること、すなわち定速制御を維持することである。.

VFDがトルク制御モードで動作する場合、その入力信号はトルク指令値である。.

例えば：0Vは0N・mに、10Vは200N・mに対応し、基準電圧が5Vのとき出力は100N・mとなる。ここでシステムの目的は安定したトルク出力を実現することである。.

要約すると：

• ベクター管理の制御目標は速度安定性である
• トルク制御の制御目標は定トルクである

制御ロジックは異なるが、基盤となるアルゴリズムは密接に関連している。.

ベクトル制御の動作原理

ベクトル制御（別名：磁束ベクトル制御または磁界方向制御、FOC）の中核概念は、直流モーターの制御原理を模倣することである（直流モーター類推）。.

直流モーターには、二つの主要な磁界が存在する：

• 磁場を磁化する磁束（磁束を提供する）
• 電機子磁界（トルクを発生させる）

VFDドライブのベクトル制御において、制御システムは非同期電動機の電流を二つの成分に分解する：

• 磁化電流成分：磁束の確立を担う
• トルク発生電流成分：トルク生成を担う

この磁界指向制御により、非同期モーターは直流モーターのように動作し、高精度な速度制御と動的応答を実現します。.

一般的な用途 クレーン、エレベーター、CNC工作機械、および極めて高速な制御が要求されるシナリオを含む。.

これらのアプリケーションでは、ベクトル制御はPID制御器を通じて迅速かつ安定した速度制御を実現すると同時に、スリップ制御による誤差を効果的に最小限に抑える。.

トルク制御の制御ロジック

トルク制御はトルク出力に基づくモードであり、巻き戻し／巻き取り制御、金属帯張力制御、繊維機械、製紙機械などの定張力シナリオで一般的に使用される。.

その核心的な目的は、速度変動にかかわらず安定した出力トルクを維持することである。.

ベクトル制御においては、トルク制御が本質的に組み込まれている。.

例えば：VFDが25Hzに設定されているが、フィードバック速度が24.9Hzしかない場合、システムは速度誤差を検出し、自動的にトルク成分を調整します。VFDのトルクモードを有効にすることで、出力トルクを増加させ、安定した速度を回復させます。.

本質的に、速度制御は最終的にトルク制御によって達成される。.

したがって、次のように理解できる：

• トルク制御はベクトル制御を達成する手段の一つである。.

視覚的類推：クルーズコントロール対固定スロットル

その関係を直感的に理解するには、次の例えを考えてみてください：

• ベクターコントロール：自動車のクルーズコントロールのような機能。地形に関わらず一定速度を維持するため、システムが自動的にスロットル（トルク）を調整します。.
• トルク制御：アクセルペダルを一定に踏み続けるようなもの。トルクが一定に保たれるため、上り坂では速度が減少し、下り坂では速度が増加する。.

これがまさに、二つの制御モードの違いの核心的な本質である：

• ベクトル制御は定速運転を維持する（速度制御）
• トルク制御は一定のトルクを維持する（トルク制御）

結論：適切な制御モードの選択

エンジニアリングの実践の観点から：

• システムが高精度な速度制御を必要とする場合（例：エレベーター、CNC、クレーン）、ベクトル制御を選択してください。.
• 定トルク出力を必要とするシステム（例：巻線、張力制御、押出機）には、トルク制御を選択してください。.
• 高性能VFDでは、DTC対FOC VFDのような高度なアルゴリズムも実装され、より高速な応答と誤差低減を実現している。.

選択した制御方式にかかわらず、その目的と原理を理解することは、説明されたVFD制御モードを習得し、システム全体の効率と安定性を向上させる上で極めて重要です。.