벡터 제어와 토크 제어의 4가지 주요 차이점

안녕하세요 여러분, 오늘은 가변 주파수 드라이브(VFD)의 두 가지 핵심 제어 전략인 벡터 제어와 토크 제어에 대해 논의하겠습니다. 이 두 가지는 VFD 제어의 가장 기본적인 방법입니다. VFD 드라이브 그리고 종종 고성능 VFD 제어 방식으로 불린다.

많은 사람들이 이 둘의 관계를 혼동합니다: 하나는 제어 기법이고, 다른 하나는 제어 모드입니다. 간단히 말해, 벡터 제어는 제어 방법인 반면 토크 제어는 제어 목표 또는 작동 모드입니다. 다음으로, 이 둘의 차이점과 연관성을 살펴보겠습니다.

개념적 차이점

VFD 제어 방식 내에서 벡터 제어는 주로 속도 폐루프 제어를 위해 사용되며, 토크 제어는 정토크 출력 제어를 위해 활용된다.

VFD가 현재 벡터 제어 모드로 작동 중이라고 가정할 때, 그 입력은 속도 기준값입니다. 시스템의 목표는 출력 속도와 설정 주파수 사이의 고정밀 정렬을 유지하는 것, 즉 정속도 제어입니다.

가변 주파수 드라이브(VFD)가 토크 제어 모드로 작동할 때, 그 입력 신호는 토크 기준값입니다.

예를 들어: 0V는 0N·m에, 10V는 200N·m에 해당하며, 기준값이 5V일 때 출력은 100N·m입니다. 여기서 시스템의 목표는 안정적인 토크 출력을 제공하는 것입니다.

요약하면:

• 벡터 방제의 통제 목표는 속도 안정성이다
• 토크 제어의 제어 목표는 일정 토크이다

그들의 제어 논리는 다르지만, 근본적인 알고리즘은 밀접하게 연관되어 있다.

벡터 제어의 작동 원리

벡터 제어(플럭스 벡터 제어 또는 필드 오리엔테이션 제어, FOC라고도 함)의 핵심 개념은 직류 모터의 제어 원리를 모방하는 것이다(직류 모터 아날로지).

직류 모터에는 두 가지 주요 자기장이 존재한다:

• 자기장 형성 플럭스(자기 플럭스를 제공한다)
• 자속(토크를 발생시킴)

VFD 드라이브의 벡터 제어에서 제어 시스템은 비동기 전동기의 전류를 두 가지 성분으로 분해합니다:

• 자화 전류 성분: 자기 플럭스 확립을 담당한다
• 토크 생성 전류 성분: 토크 생성을 담당함

이 필드 지향 제어는 비동기 모터가 직류 모터처럼 작동하도록 하여 고정밀 속도 조절과 동적 응답을 실현합니다.

일반적인 응용 분야 크레인, 엘리베이터, CNC 기계 및 극도로 높은 속도 제어가 요구되는 시나리오를 포함합니다.

이러한 응용 분야에서 벡터 제어는 PID 제어기를 통해 신속하고 안정적인 속도 제어를 달성하는 동시에 슬립 제어에 의한 오차를 효과적으로 최소화합니다.

토크 제어의 제어 논리

토크 제어는 토크 출력을 기반으로 하는 모드로, 권선/풀림 제어, 금속 스트립 장력 제어, 섬유 기계, 제지 기계와 같은 일정 장력 시나리오에서 일반적으로 사용됩니다.

핵심 목표는 속도 변동에 관계없이 안정적인 출력 토크를 유지하는 것이다.

벡터 제어 내에는 토크 제어가 본질적으로 내재되어 있다.

예를 들어: VFD가 25Hz로 설정되었으나 피드백 속도가 24.9Hz에 불과할 경우, 시스템은 속도 오차를 감지하고 자동으로 토크 성분을 조정합니다. VFD의 토크 모드를 활성화함으로써 출력 토크를 증가시켜 안정적인 속도를 회복시킵니다.

본질적으로 속도 제어는 궁극적으로 토크 제어를 통해 달성된다.

따라서 다음과 같이 이해할 수 있다:

• 토크 제어는 벡터 제어를 달성하기 위한 수단 중 하나이다.

시각적 비유: 크루즈 컨트롤 vs. 고정 스로틀

그들의 관계를 직관적으로 이해하려면, 이 비유를 생각해 보십시오:

• 벡터 컨트롤: 자동차의 크루즈 컨트롤과 유사합니다. 이 시스템은 지형에 관계없이 일정한 속도를 유지하기 위해 자동으로 스로틀(토크)을 조절합니다.
• 토크 제어: 가속 페달을 일정하게 유지하는 것과 유사합니다. 토크가 일정하게 유지되어 오르막에서는 속도가 감소하고 내리막에서는 속도가 증가합니다.

이것이 바로 두 제어 모드 간의 차이의 핵심 본질이다:

• 벡터 제어는 정속 주행(속도 조절)을 유지합니다
• 토크 제어는 일정한 토크를 유지합니다(토크 조절).

결론: 적절한 제어 모드 선택

엔지니어링 실무 관점에서:

• 시스템이 고정밀 속도 제어가 필요한 경우(예: 엘리베이터, CNC, 크레인), 벡터 제어를 선택하십시오.
• 일정한 토크 출력이 필요한 시스템(예: 권선, 장력 제어, 압출기)의 경우 토크 제어를 선택하십시오.
• 고성능 VFD에서는 DTC 대 FOC VFD와 같은 고급 알고리즘도 구현되어 더 빠른 응답과 오류 감소를 달성합니다.

선택한 제어 방식에 관계없이, 설명된 VFD 제어 모드를 숙달하고 전체 시스템 효율성과 안정성을 향상시키기 위해서는 그 목적과 원리를 이해하는 것이 매우 중요합니다.