Diseño de un Controlador de Velocidad para un Motor de Inducción Utilizando Control Vectorial (página 3)

Partes: 1, 2, 3

ESQUEMA DE CONTROL VECTORIAL DIRECTO CON PPU CONTROLADA POR VOLTAJE

ESQUEMA DE CONTROL VECTORIAL DIRECTO CON PPU CONTROLADA POR VOLTAJE
Body: CONTROLADORES PI

DEBILITAMIENTO DE CAMPO

CONTROLADORES PI
Body: El diseño de los controladores PI se realizó de acuerdo a los términos de control

Frecuencia de corte (wc)

Margen de fase (PM)

Estos términos de control permiten calcular fácilmente las constantes de los controladores PI utilizando los parámetros del motor y la frecuencia de conmutación de la PPU

CONTROLADORES PI
Body: Las ecuaciones utilizadas son:

CONTROLADORES PI
El esquema de control vectorial utilizado es un esquema de control en cascada

Para diseñar los cuatro controladores PI se utilizó el modelo del motor en variables de estado, donde el eje-d está alineado con el vector espacial de flujo enlazado del rotor

CONTROLADORES PI
Body: Las ecuaciones del modelo son:

CONTROLADORES PI
Body: Los cuatro controladores PI diseñados son:

Flujo enlazado del rotor

Corriente del eje-d

Velocidad

Corriente del eje-q

CONTROLADORES PI
Body: FLUJO ENLAZADO DEL ROTOR

CONTROLADORES PI
Body: FLUJO ENLAZADO DEL ROTOR

CONTROLADORES PI
Body: CORRIENTE DEL EJE-d

CONTROLADORES PI
Body: CORRIENTE DEL EJE-d

CONTROLADORES PI
Body: VELOCIDAD

CONTROLADORES PI
Body: VELOCIDAD

CONTROLADORES PI
Body: CORRIENTE DEL EJE-q

Constantes del controlador iguales a las de la corriente del eje-d

CONTROLADORES PI
Body: SELECCIÓN DE LA FRECUENCIA DE CORTE Y DEL MARGEN DE FASE

El control en cascada requiere que la frecuencia de corte (velocidad de respuesta) incremente hacia el lazo más interno

Los lazos de corriente son los más rápidos y los lazos de velocidad y flujo enlazado del rotor los más lentos

CONTROLADORES PI
Body: SELECCIÓN DE LA FRECUENCIA DE CORTE Y DEL MARGEN DE FASE

Frecuencia de corte de los lazos de corriente

Frecuencia de corte de los lazos de velocidad y flujo enlazado del rotor

CONTROLADORES PI
Body: SELECCIÓN DE LA FRECUENCIA DE CORTE Y DEL MARGEN DE FASE

Para una respuesta dinámica satisfactoria sin oscilaciones, se elige que todos los márgenes de fase sean mayores a 45º, preferiblemente cerca de 60º

ESQUEMA DE CONTROL VECTORIAL DIRECTO CON PPU CONTROLADA POR VOLTAJE
Body: CONTROLADORES PI

DEBILITAMIENTO DE CAMPO

DEBILITAMIENTO DE CAMPO
Body: El módulo recibe como entrada la velocidad del rotor y entrega la señal de referencia para el lazo de control del flujo enlazado del rotor

Para valores de velocidad por debajo de la velocidad nominal, el flujo enlazado del rotor se mantiene en su valor nominal

Para valores por encima de la velocidad nominal, el flujo enlazado del rotor se reduce de acuerdo con el modo de debilitamiento de flujo

DEBILITAMIENTO DE CAMPO
Body: El módulo permite extender el rango de control de la velocidad a valores superiores a la velocidad nominal
l r
wmech
wmech – n
l r – n

DEBILITAMIENTO DE CAMPO
Body: Restricciones para extender el rango de velocidad por encima de la velocidad nominal

Los voltajes de fase

Incrementan con la velocidad y su valor no puede exceder el valor nominal

Las corrientes de fase

Incrementan con la carga mecánica, por lo tanto el par nominal en el motor necesita establecerse en un valor tal que mantenga las corrientes de fase en un nivel menor o igual a su valor nominal

DEBILITAMIENTO DE CAMPO
Body: Voltajes de fase
wmech-n
campo constante
debilitamiento de campo
(Gp:) Vmotor
(Gp:) wmech

Vn

DEBILITAMIENTO DE CAMPO
Body: Corrientes de fase
wmech
Par
Parmax
Parnom
wmech – n
Pn = Parn * wmech – n

DEBILITAMIENTO DE CAMPO
Body: Corrientes de fase
wmech
Par
Parmax
Parnom
wmech – n
Par constante
Potencia constante
Potencia * velocidad constante

DEBILITAMIENTO DE CAMPO
Body: Pasos para el cálculo del módulo

Cálculo del flujo de referencia para el rango de velocidad normal

Cálculo del punto de cruce entre las curvas de par nominal y par máximo

Cálculo del flujo de referencia para la zona de potencia constante

Cálculo del flujo de referencia para la zona de potencia*velocidad constante

DEBILITAMIENTO DE CAMPO
Body: Ecuaciones para el cálculo del módulo
1.
2.
3.
4.

DEBILITAMIENTO DE CAMPO

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.

RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN
Body: Se realizaron cuatro pruebas:

Arranque en línea con el par de carga nominal conectado al eje del motor

Respuesta a la variación del par de carga

Seguimiento de un perfil de velocidad

Variación de Parámetros

RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN
Body: Arranque en línea con el par de carga nominal conectado al eje del motor
Lazo Abierto
Lazo Cerrado

RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN
Body: Respuesta a la variación del par de carga
Lazo Abierto
Lazo Cerrado

RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN
Body: Seguimiento de un perfil de velocidad

RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN
Body: Variación de parámetros

RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN
Body: Variación de parámetros
Variación de Lm

RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN
Body: Variación de parámetros
Variación de Lm

RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN
Body: Variación de parámetros
Variación de Rr

RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN
Body: Variación de parámetros
Variación de Rr

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.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Body: Conclusiones

Se ha presentado el método de control vectorial directo aplicable al control de velocidad de motores de inducción

El control vectorial permite controlar con exactitud el motor de inducción

El grado de exactitud del control vectorial depende de la correcta estimación de los parámetros del motor

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Body: Conclusiones

Las simulaciones verifican el buen comportamiento del método de control vectorial directo tanto para rangos de velocidad normal como para rangos de velocidad extendida

Este trabajo ha contribuido y fortalecido el enriquecimiento académico enfocado al control de motores de inducción con rotor jaula de ardilla

Los convertidores comerciales no se pueden aprovechar como PPU dentro del esquema de control utilizado

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Body: Recomendaciones

Simular el esquema de control vectorial considerando los siguientes efectos:

Saturación del circuito magnético del motor de inducción

Cuantificación de las variables (debido a la conversión analógica – digital en los sensores)

El muestreo, característico de los sistemas discretos

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Body: Recomendaciones

Desarrollo o adquisición de la infraestructura tecnológica necesaria para la implementación de las técnicas de control para motores de inducción

Validación en forma práctica de los resultados teóricos alcanzados hasta este momento

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.