INDIRECT FIELD ORIENTED VECTOR CONTROL SIMULATION OF AN INDUCTION MOTOR

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1 ISSN: Volen Núero año - 5 INDIRECT FIELD ORIENTED VECTOR CONTROL SIMULATION OF AN INDUCTION MOTOR SIMULACIÓN DE SISTEMAS DE CONTROL INDIRECTO POR CAMPO ORIENTADO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN Msc. Jorge Lis Díaz Rodrígez., Dr. Aldo Pardo García. Cidadela Universitaria. Paplona, Norte de Santander, Colobia. Tel: , Fax: Ext. 15 E-ail: {jdiazc, apardo13}@nipaplona.ed.co Abstract: This paper deals with the silation of the behavior several schees of Field Oriented Vector Control of an Indction Motor for different conditions and control. The silation was ake with the s of an IBM PC Penti II sing Matlab and Silink as silation langage. Resen: En este trabajo se estra la silación del coportaiento varios esqeas de control vectorial por capo orientado para diferentes condiciones y tipos de control. La silación se hizo con ayda de na icrocoptadora IBM PC Penti II epleando el Matlab y el Silink coo lengaje de silación. Keywords: Indction Motor, Vector Control, Field Oriented Control, Silation.. 1. INTRODUCCIÓN Las técnicas de control vectorial de otores de alterna srgieron coo respesta a n problea indstrial claro: sstitir los otores de CD en aplicaciones a velocidad variable por otores de alterna y entre éstos, preferenteente, por otores de indcción. La otivación era evidente; el otor de indcción spera al de CD en robstez, relación peso - potencia y velocidad áxias. El problea radicaba en s copleja dináica frente a la sencillez del otor de CD. Adeás, na tendencia actal en la investigación y estdio de estos sisteas de accionaiento eléctrico, dado el desarrollo alcanzado en los étodos coptaciones, es la silación. La silación es de gran iportancia teórica, para analizar cestiones concernientes a aspectos prácticos de ipleentación de este tipo de control. Se centró en el estdio del control por capo orientado indirecto, ya qe es el de ás fácil ipleentación práctica, barato y con él, se obtiene n coportaiento y satisfactorio de los indicadores finales del sistea de control. A lo largo de este trabajo se considera la referencia de fljo en la operación a fljo constante, cestión esta

2 ISSN: Volen Núero año - 5 qe siplifica aún ás el esqea de control.. SIMULACIÓN DEL MOTOR DE INDUCCIÓN Para la elaboración de los prograas prieraente se siló qe el odelo otor, el cal pede expresarse coo se trata en la literatra al respecto( Bose, B. K. 19, Díaz Rodrígez, J. L. UCLV,, Leonhard, W. 195, y k Vas, P. 199). El odelo tilizado fe en coordenadas de estator qe tiene coo principal ventaja sobre los otros sisteas de coordenadas de referencia de qe no hay qe tilizar la transforaciones de coordenadas directa e inversa, razón por la cal seleccionaos para la silación el odelo en este sistea de coordenada. Se odeló el otor para cando es alientado por voltaje y corriente. Ya qe analizó los casos de iposición ideal de corriente, donde las entradas al odelo del otor deben de ser las corrientes e iposición real de corriente donde, en este últio caso, las entradas al odelo del otor deben de ser los voltajes. 3. IMPOSICIÓN IDEAL DE CORRIENTE EN SINTONÍA Coo es conocido en el control por capo orientado indirecto, la orientación del fljo del rotor se asegra por el cálclo de deslizaiento a partir de las coponentes del par y fljo de la corriente del estator. Este cálclo involcra los paráetros de indctancia y resistencia del rotor qe varían en fnción, principalente, de la satración del edio agnético y de la teperatra del rotor, respectivaente. En esta sección se considera coo preisa qe la constante de tiepo del rotor peranece constante, o sea qe el control va a operar en la condición de sintonía. Adeás, coo se planteó anteriorente se considera la iposición ideal de corrientes, de odo, qe las corrientes reales del otor coincidan exactaente con ss respectivas referencias, obtenidas por el control, o lo qe es lo iso, no se toan en centa los efectos no lineales del convertidor. 3.1 Operación en lazo abierto En el prograa de silación elaborado para este caso no presenta ningún lazo de reglación, y es coo se estra: 7 Fig. 1. Control por corriente en lazo abierto Donde los bloqes del control por corriente y el otor de indcción son en capo orientado en corriente, se ipleentan a partir de las relaciones establecidas en el otor en capo orientado( Bose, B. K. 19, Briz, F. 1995, Díaz Rodrígez, J. L. UCLV,, Ho, E. Y.; Sen P. C. May 19, Leonhard, W. 195, Leonhard, W. 195 y Vas, P. 199). Y Silando el esqea, teniendo en centa qe para ostrar la variación del par independiente del fljo, se introdce na variación paso nitario al par de la carga de 5 a 1 N en seg,. Esto últio con el objetivo de validar el desacople existente en el control vectorial por capo orientado entre el fljo y el par, ya qe este últio al variar no inflye en nada en la respesta del fljo, coo se pede observar en las sigientes figras. 1 1 Grafica del Par Electroagnético

3 b ISSN: Volen Núero año Grafica del Fljo Electroagnético Fig.. Silación con control de corriente en lazo abierto Donde se nota claraente el desacoplo entre el fljo y el par electroágnetico, pes na variacion en el par no afecta en lo absolto el valor de fljo, qe peranece constante. 3. Operación en lazo cerrado El prograa elaborado es y siilar al anterior, sólo qe la referencia del par estará dada en este caso por la salida del reglador de velocidad, o sea con operación a lazo cerrado de velocidad. El reglador de velocidad es n reglador convencional tipo proporcional integral (PI), y esta bicado coo se estra en la figra. Para ostrar la reglación se le introdce na variación paso nitario al par de la carga de 5 a 1 N en 15 seg, con el objetivo de observar la reglación de la velocidad por parte del reglador, o sea, en otras palabras observar el rechazo al distrbio del sistea a lazo cerrado. Manteniéndose, por spesto el desacople entre el fljo y el par. Coo referencia se toó 3 rad/seg. constante de tiepo del rotor, qe ltiplica al fljo antes de calclarse el deslizaiento. Con este bloqe se logra qe la respesta de fljo no sea oscilatoria al principio (fljo copensado), sino y parecida al coportaiento en lazo abierto coo se pede observar en los resltados de la silación. b Grafica del Par Electroagnético Grafica del Fljo Electroagnético Fig.. Silación de la silación en corriente a lazo cerrado Donde se nota, al igal qe en la operación en lazo abierto, el desacoplo entre el fljo y el par.. IMPOSICIÓN REAL DE CORRIENTE EN SINTONÍA Fig. 3: Control por corriente en lazo cerrado El bloqe del otor de indcción en capo orientado se antiene y el de control por capo orientado sfre na ligera odificación, qe consiste en agregar n bloqe de prier orden con ganancia nitaria y constante de tiepo igal a la En este caso se siló el sistea de control vectorial por capo orientado teniendo en centa el convertidor (coportaiento real). Los esqeas escogidos son convertidores con odlación PWM reglados por corriente (CRPWM), qe anqe el convertidor PWM es n convertidor de voltaje,

4 ISSN: Volen Núero año - 5 cando trabaja con reglador de corriente, s coportaiento es seejante al convertidor de corriente, si se garantiza regladores de corriente con n ancho de banda grande, aprovechando así la ventajas de los esqeas de control por corriente en capo orientado..1 Esqea CRPWM con reglador histerésico Este prier caso responde al prier tipo de reglador de corriente CRPWM, el cal adeás es el de ás fácil ipleentación y por tanto apliaente difndido, pes consiste en la conocida técnica de regladores bang-bang, cya salida es na coparación con na banda de histéresis prefijada, qe ientras enor sea, ejor va hacer la oscilaciones del par electroagnético. Fig. 5. Control con convertidor CRPWM histerésico 1 1 Grafica del Par Electroagnético b Grafica del Fljo Electroagnético Fig.. Silación con convertidor CRPWM histerésico Coo se pede observar de los resltados de la silación, la respestas de par tiene coponentes de alta frecencia debido a la contación en los dispositivos de potencia qe son contados cando llegan al liite sperior o inferior de la banda de histéresis.. Esqea CRPWM con reglador estacionario (sboscilatorio) Este es n segndo caso, el cal adeás es tabién de fácil ipleentación, y consiste en pasar la salida del error de corriente a través de n reglador PI. Y finalente coparar esta con na onda trianglar (portadora) de ás alta frecencia, cya salida va a los dispositivos de potencia del convertidor Fig. 7. Control con convertidor CRPWM sboscilatorio 9

5 ISSN: Volen Núero año - 5 Grafica del Par Electroagnético Fig. 1. Bloqe Control Grafica del Fljo Electroagnético b Fig.. Silación con convertidor CRPWM sboscilatorio.3 Esqea CRPWM con reglador sincrónico Este últio caso es el de ayor coplejidad de ipleentación práctica de los tres, pero coo se pede observar es el de ejor respesta dináica. A continación se estra el prograa tilizado en la silación. Fig. 11. Bloqe Controlador Sincrónico Coo se pede observar, el reglador de corriente va a estar copesto por los dos regladores PI convencionales, de las corrientes del estator de los ejes directos y en cadratra, los cales tienen coo entrada la diferencia entre la señal de referencia de corriente del control y la corriente real edida en el otor, convertidas en coordenadas del capo para poder restarlas a las de referencia. A diferencia del reglador sboscilatorio, la reglación en este reglador de corriente se hace en coordenadas del capo y no en las coordenadas estacionarias, por lo qe las señales de entrada a los regladores PI, en este caso, son valores constantes y no sinsoides, coo en el caso del reglador sboscilatorio, eliinando con esto el posible error en estado estable. Fig. 9. Control con convertidor CRPWM sincrónico 9

6 ISSN: Volen Núero año Grafica del Par Electroagnético obteniéndose los resltados de la silación, los cales nos aydan a establecer na coparación entre ellos.. Finalente, los resltados de la silación peden eplearse adeás del diseño y análisis de la operación de los sisteas de accionaientos eléctricos con capo orientado, coo na herraienta ás para la enzeñansa de estas téaticas. REFERENCIAS b Grafica del Fljo Electroagnético Fig. 1. Silación con convertidor CRPWM sincrónico Bose, B. K. 19, Power Electronics and AC drives, Prentice-Hall, NJ. Briz, F. 1995, Control Vectorial del Motor de Indcción con Identificación y Adaptación a los Paráetros de la carga. Tesis doctoral, Universidad de Oviedo. Díaz Rodrígez, J. L. UCLV, Control por capo orientado del otor de indcción con adaptación de paráetros por odelo de referencia. Tesis de Maestría. Ho, E. Y. Y.; Sen P. C. May 19, Decopling Control of Indction Motor Drive, IEEE Trans. Ind. Elect., Vol. IE-35, No., pp Leonhard, W. 195,Control of Electrical Drives, Springer-Verlag, Heidelberg. Leonhard, W Control Vectorial del Motor de Indcción por Capo Orientado. Trabajo de Diploa, Caagüey: Universidad de Caagüey. Vas, P Vector Control of AC Machines, Oxford Science Pblications, New York.. 5. CONCLUSIONES 1. En este trabajo se han expesto los resltados de la silación a varios esqeas de control vectorial por capo orientado centrando el estdio al esqea indirecto.. Este trabajo sirve para na ejor coprensión de los aspectos relacionados con el coportaiento del otor en capo orientado. Con la silación se deostró qe con el control vectorial por capo orientado se logra n verdadero desacople. 3. Se silaron los esqeas de control con los convertidores ás tilizados, 91