CONTROL VECTORIAL DE MÁQUINAS ASÍNCRONAS. Raúl Choque Sandoval

Transcripción

1 CONTROL VECTORIAL DE MÁQUINAS ASÍNCRONAS Raúl Choque Sandoval

2 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.

3 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.

4 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

5 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

6 MOTOR DE INDUCCIÓN VERSUS MOTOR DC Característica Motor DC Motor de Inducción Potencia de salida por tamaño de carcasa Inercia del rotor 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. Alta. Limita las características dinámicas 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 Baja. Porque tiene barras cortocircuitadas en el rotor. Esto mejora la respuesta dinámica

7 MOTOR DE INDUCCIÓN VERSUS MOTOR DC 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.

8 MOTOR DE INDUCCIÓN VERSUS MOTOR DC 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

9 Constitución física del motor

10 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 o o Control escalar Control vectorial Control directo del par

11 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

12 Control escalar T / T n 2.5 f = 15 Hz f = 30 Hz f = 45 Hz f = 60 Hz w s = c. f P a r Operación normal Velocidad w n w / w s

13 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

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15 Control vectorial I flujo magnetizante b I par motor q b v d a a d q a b c Clarke b Park q a 3 fases Estacionarias Cantidades AC 2 fases Estacionarias Cantidades AC 2 fases Rotantes Cantidades DC c

16 Control vectorial q b b d q a a c

17 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)

18 Control vectorial q q q q i s s d r d d a, d

19 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

20 Control vectorial Existen dos métodos para la adquisición del flujo enlazado del rotor Control vectorial directo Control vectorial indirecto

21 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

22 Control vectorial directo

23 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.

24 Control vectorial directo

25 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

26 Control vectorial indirecto

27 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