CONTROL VECTORIAL DE MÁQUINAS ASÍNCRONAS · INTRODUCCIÓN • Por qué controlar un motor eléctrico? • Motor de inducción versus motor DC. • Técnicas de control utilizadas

CONTROL VECTORIAL DE MÁQUINAS ASÍNCRONAS

Raúl Choque Sandoval

INTRODUCCIÓN

• 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?

• 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



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



Potencia de salida por tamaño de carcasa

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

Inercia del rotor Alta. Limita las características dinámicas

Baja. Porque tiene barras cortocircuitadas en el rotor. Esto mejora la respuesta dinámica


El motor de inducción está desplazando a el motor DC en gran cantidad de aplicaciones gracias a:

• 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

• El aprovechamiento del desempeño en los dispositivos de conmutación electrónicos de potencia y su bajo costo.

• La posibilidad de llevar a cabo algoritmos complejos en los nuevos microprocesadores.


Entre los dispositivos o equipos que utilizan un motor de inducción están:

• Transportadoras

• Bombas

• Ventiladores

• Elevadores

• Compresores

• Trituradoras

• Molinos

• Trapiches

• Extrusoras

• Prensas

• Electrodomésticos

• Vehículos Eléctricos

• Maquinas Herramientas

• Etcétera

TÉCNICAS DE CONTROL UTILIZADAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN

Constitución física del motor


• 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:

o Control escalar

o Control vectorial

o Control directo del par


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


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


Control vectorial

• 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



Control vectorial

I – flujo magnetizante

I – par motor b

c

a

a

b

d q

q

Clarke Park

a

b

c

a

b

d

q

3 fases

Estacionarias

Cantidades AC

2 fases

Estacionarias

Cantidades AC

2 fases

Rotantes

Cantidades DC

v


Control vectorial

b

c

a

a

b

d q

q


Control vectorial

• 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)


Control vectorial

a, d

q

r

is s

q

d

q

d

q

d

• 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



Control vectorial

• Existen dos métodos para la adquisición del flujo enlazado del rotor

• Control vectorial directo

• Control vectorial indirecto


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




Resumen de la secuencia para la aplicación del control vectorial

• 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.




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


Control vectorial indirecto


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

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