Diseño de un Controlador de Velocidad para un Motor de Inducción Utilizando Control Vectorial (página 2)

Partes: 1, 2, 3

ESTRUCTURA DE LA SUSTENTACIÓN
Body: Por qué controlar un motor eléctrico?
Motor de inducción versus motor DC.
Técnicas de control utilizadas en los motores de inducción.
Esquema de control vectorial directo con PPU controlada por voltaje.
Resultados de la simulación.
Conclusiones y recomendaciones.
Preguntas.

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Constitución física del motor

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Para controlar el motor de inducción, éste debe alimentarse con tres voltajes o corrientes de fase de frecuencia y amplitud variable.

Para obtener las condiciones de alimentación anteriores, las técnicas de control pueden clasificarse en tres grandes categorías:

Control escalar
Control vectorial
Control directo del par

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Control escalar

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
Body: Control escalar
T / Tn
w / ws
Velocidad
P
a
r
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0
ws = c . f
wn
f = 60 Hz
f = 45 Hz
f = 30 Hz
f = 15 Hz
Operación normal

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Control escalar
velocidad base
60 Hz
(Gp:) Vmotor
(Gp:) f / Hz

Vn

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Control vectorial

Utiliza el modelo dinámico del motor de inducción

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
Body: Control vectorial
b
c
a
a
b
d
q
q
(Gp:) Clarke
(Gp:) Park
(Gp:) a
(Gp:) b
(Gp:) c
(Gp:) a
(Gp:) b
(Gp:) d
(Gp:) q
(Gp:) 3 fases
Estacionarias
Cantidades AC
(Gp:) 2 fases
Estacionarias
Cantidades AC
(Gp:) 2 fases
Rotantes
Cantidades DC

v

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Control vectorial
(Gp:) b
(Gp:) c
(Gp:) a
(Gp:) a
(Gp:) b
(Gp:) d
(Gp:) q
(Gp:) q

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Control vectorial

Es posible asumir cualquier valor arbitrario para la velocidad de giro del sistema de coordenadas ortogonales dq

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
Body: Control vectorial
a, d
q
?r
is
?s
(Gp:) q
(Gp:) d

(Gp:) q
(Gp:) d

(Gp:) q
(Gp:) d

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: 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
Body: 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
Body: Control vectorial directo

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Control vectorial directo

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Control vectorial directo

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Control vectorial directo

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: 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
Body: Control vectorial indirecto

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Control vectorial indirecto

Bloque cálculo de variables a partir de referencias:

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Control directo del par

Se fundamenta en el control del par electromagnético de la máquina y del flujo enlazado en el estator

La posición de los interruptores del convertidor de potencia se determina directamente por el estado electromagnético del motor

Selecciona el vector espacial de voltaje más apropiado para un puente inversor

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Control directo del par
F
u
e
n
t
e
Rectificador
Circuito DC
intermedio
Inversor
Control electrónico (mP)
(Gp:) L
(Gp:) C

(Gp:) M
3~

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Control directo del par
a
b
c
1
1
1
0
0
0
V0 (0, 0, 0)
V1 (1, 0, 0)
V2 (1, 1, 0)
V3 (0, 1, 0)
V4 (0, 1, 1)
V5 (0, 0, 1)
V6 (1, 0, 1)
V7 (1, 1, 1)

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Control directo del par

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Control directo del par

El algoritmo de control selecciona el vector espacial de la tensión del estator que maximiza el cambio necesario

Las variables de par electromagnético y flujo enlazado del estator se estiman a partir de:

Los valores instantáneos de las corrientes del estator

Del vector de interrupciones del inversor

Del voltaje DC del inversor

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Control directo del par

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Selección de la técnica de control a utilizar

La necesidad de asimilar una tecnología de punta en el campo de control de motores de inducción

El interés de aportar al enriquecimiento académico del diseño de controladores avanzados para el motor de inducción

El objetivo de conseguir mejoras en las características dinámicas y en el consumo energético del motor de inducción

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Body: Selección de la técnica de control a utilizar

El compromiso de una buena relación esfuerzo/beneficio

Las anteriores condiciones conllevan a seleccionar el método de control vectorial directo como la técnica de control a utilizar en este trabajo

ESTRUCTURA DE LA SUSTENTACIÓN
Body: Por qué controlar un motor eléctrico?
Motor de inducción versus motor DC.
Técnicas de control utilizadas en los motores de inducción.
Esquema de control vectorial directo con PPU controlada por voltaje.
Resultados de la simulación.
Conclusiones y recomendaciones.
Preguntas.