ESQUEMA DE CONTROL VECTORIAL DIRECTO CON PPU

CONTROL VECTORIAL DE MÁQUINAS
ASÍNCRONAS
Raúl Choque Sandoval
INTRODUCCIÓN
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Por qué controlar un motor eléctrico?
Motor de inducción versus motor DC.
Técnicas de control utilizadas en los motores de
inducción.
Control Vectorial de maquinas asíncronas.
POR QUÉ CONTROLAR UN MOTOR
ELÉCTRICO?
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Porque los equipos utilizados en la industria moderna
funcionan a velocidades variables.
Porque conlleva al ahorro de energía, a la reducción
de ruido, al incremento de la vida del motor y a la
posibilidad de diagnostico de fallas.
Para lograr una adecuada productividad.
Para lograr una buena terminación del producto
elaborado.
Para garantizar la seguridad de personas y bienes.
MOTOR DE INDUCCIÓN VERSUS MOTOR DC
Característica
Motor DC
Motor de Inducción
Conmutación
A través de escobillas
No requiere conmutación
Mantenimiento
Requiere periódicamente
Menores requerimientos ya
que no tiene escobillas
Requerimientos de control
Simple y económico
Complejo y costoso
Costo de construcción
Altos
Bajos
MOTOR DE INDUCCIÓN VERSUS MOTOR DC
Característica
Motor DC
Motor de Inducción
Característica par – velocidad
Moderadamente plana. A
altas velocidades la fricción de
las escobillas aumenta
reduciendo el par útil
No lineal. Par bajo a bajas
velocidades
Eficiencia
Moderada
Alta. No hay caída de voltaje
a través de las escobillas
Generación de ruido eléctrico
Si. El arco en las escobillas
genera ruido, el cual causa
inducción electromagnética
en los equipos cercanos
Menor
MOTOR DE INDUCCIÓN VERSUS MOTOR DC
Característica
Potencia de salida por
tamaño de carcasa
Inercia del rotor
Motor DC
Motor de Inducción
Moderada / baja. El
calentamiento producido por
la armadura se disipa en el
aire del entrehierro, de esta
manera incrementa la
temperatura y las
especificaciones límite.
Alto. Tamaño reducido
debido a superiores
características térmicas. Ya
que tiene las bobinas en el
estator, el cual está conectado
a la carcasa, la disipación del
calentamiento es mejor
Alta. Limita las características
dinámicas
Baja. Porque tiene barras
cortocircuitadas en el rotor.
Esto mejora la respuesta
dinámica
MOTOR DE INDUCCIÓN VERSUS MOTOR DC
El motor de inducción está desplazando a el motor DC en
gran cantidad de aplicaciones gracias a:
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Su construcción más simple, menor costo, inercia del rotor,
tamaño y peso para la misma potencia en el eje y la menos
frecuente necesidad de mantenimiento
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El aprovechamiento del desempeño en los dispositivos de
conmutación electrónicos de potencia y su bajo costo.
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La posibilidad de llevar a cabo algoritmos complejos en los
nuevos microprocesadores.
MOTOR DE INDUCCIÓN VERSUS MOTOR DC
Entre los dispositivos o equipos que utilizan un motor de
inducción están:
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Transportadoras
Bombas
Ventiladores
Elevadores
Compresores
Trituradoras
Molinos
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Trapiches
Extrusoras
Prensas
Electrodomésticos
Vehículos Eléctricos
Maquinas Herramientas
Etcétera
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
Constitución física del motor
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
•
Para controlar el motor de inducción, éste debe
alimentarse con tres voltajes o corrientes de fase de
frecuencia y amplitud variable.
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Para obtener las condiciones de alimentación anteriores,
las técnicas de control pueden clasificarse en tres grandes
categorías:
o
o
o
Control escalar
Control vectorial
Control directo del par
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
Control escalar
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Está basado en el modelo estático del motor de inducción
•
Consiste en mantener la relación V/F constante
•
También es llamado control V/F (voltaje/frecuencia)
•
Su desempeño es bajo debido a que regula pobremente el
flujo del campo magnético a velocidades bajas y además no
permite controlar el par electromagnético del motor
•
Es simple de implementar y económico
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
Control escalar
T / Tn
ws = c . f
f = 15 Hz f = 30 Hz f = 45 Hz f = 60 Hz
2.5
2.0
P
a
r
1.5
1.0
Operación normal
0.5
0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Velocidad
wn
w / ws
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
Control vectorial
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Utiliza el modelo dinámico del motor de inducción
Independiza la corriente que produce el flujo magnético,
de la corriente que produce el Par motor.
Permite tratar el motor de inducción de la misma
manera que el motor de corriente continua de
excitación independiente
Referencia el sistema trifásico alterno del estator y el
equivalente del rotor a un sistema de coordenadas
ortogonales no estacionario, el cual gira
Transformaciones de Clarke y Park
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
Control vectorial
I – flujo magnetizante
I – par motor
b
b
d
q
b
q
a
a
v
a
Clarke
b
d
Park
c
q
a
3 fases
Estacionarias
Cantidades AC
c
2 fases
Estacionarias
Cantidades AC
2 fases
Rotantes
Cantidades DC
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
Control vectorial
b
b
d
q
q
a
a
c
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
Control vectorial
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•
Es posible asumir cualquier valor arbitrario para la
velocidad de giro del sistema de coordenadas
ortogonales d q
Sin embargo, se elige que el sistema de coordenadas
ortogonales gire sincrónicamente con el flujo enlazado
del rotor
También llamado control por campo orientado (FOC
por sus iniciales en inglés)
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN

Control vectorial
q
q
q
q
is
s
d
r
d
d
a, d
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
•
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•
Orientación del campo magnético del rotor
Orientación del campo magnético de estator
Convertidor en fuente de corriente
Convertidor en fuente de tensión
Control indirecto
Control directo
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
Control vectorial
•
Existen dos métodos para la adquisición del flujo
enlazado del rotor
•
Control vectorial directo
•
Control vectorial indirecto
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
Control vectorial directo
•
•
El flujo enlazado del rotor se adquiere a través de
•
Sensores de efecto Hall
•
Bobinas en el estator
•
Se estima a partir del modelo del motor y las
corrientes medidas en el estator
También llamado control feedback del flujo
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
Control vectorial directo
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
Resumen de la secuencia para la aplicación del control vectorial
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Se toman muestras de 2 fases del motor.
Conversión a sistema 2f independientes del tiempo.
Comparación con las ref. para obtener el vector de I.
Obtención del Vector de referencia.
Transformación inversa de coordenadas.
Modulación PWM.
Señales de disparo.
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
Control vectorial directo
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
Control vectorial indirecto
•
Se impone desde el control el valor de flujo enlazado del
rotor y el valor del par electromagnético
•
El cálculo del vector espacial de flujo enlazado del rotor
no depende de las condiciones en los terminales de la
máquina
•
También llamado control feedforward del flujo
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
Control vectorial indirecto
TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
Característica
Control
Escalar
Vectorial
Indirecto
Vectorial
Directo
Desempeño
dinámico
Bajo
Medio
Alto
Rango de
velocidad
Desde el 5% de
la velocidad
nominal
Desde velocidad
cero
Desde velocidad
cero
Rango de par
80% del par
nominal
Par nominal a
velocidad cero
Par nominal a
velocidad cero
Construcción
Básica
Simple
Compleja
Precio
Económico
Moderado
Costoso