AGRADECIMIENTOS. Quiero expresar mis más sinceros y nobles agradecimientos a todas las

Transcripción

1 UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD PUNTA ARENAS ESTRATEGIAS DE CONTROL SIN SENSOR DE POSICIÓN DE UN GENERADOR DE INDUCCIÓN ROTOR BOBINADO PARA SISTEMAS AISLADOS JOSÉ ABELARDO PROBOSTE BÓRQUEZ

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3 Agadecimiento. AGRADECIMIENTOS Quieo expea mi má inceo y noble agadecimiento a toda la peona que colaboaon, diecta e indiectamente, con el deaollo de la peente tei. Agadezco de manea muy epecial, al D. Rubén Peña Guiñez po la guía, dipoición y apoyo. Al D. Robeto Cádena Dobon y a mi compañeo Macelo Péez po u valioo comentaio. Agadezco también a mi familiae má diecto po el apoyo y la compenión incondicionale petado en todo eto año. De Joé. iii

4 Reumen. RESUMEN El peente tabajo de titulación e efectuó como pate de la actividade del Poyecto FONDECYT Nº , y tuvo como objetivo analiza, dieña, y valida técnica de Contol Vectoial Senole paa un itema de geneación de velocidad vaiable. El itema expeimental etá contituido po un gupo moto-geneado utilizando un geneado de doble excitación del tipo inducción de oto bobinado opeando a velocidad vaiable con un inveo PWM conectado al oto. La pate motiz del itema lo contituye una máquina de inducción tipo jaula de adilla alimentada dede oto inveo PWM. El itema alimenta una caga ailada conectada al etato del geneado de inducción y actúa independiente de la ed, e deci, en modo tandalone. El itema de contol y upeviión etá implementado en tono al Poceado Digital de Señale, DSP TMS320C31, montado en una tajeta de adquiición de dato PC31 de Innovative Integation. Se implementó un contol, in eno de poición, de flujo (y po ende de tenión), y fecuencia mediante un equema de Contol Vectoial Indiecto con oientación del itema de efeencia incónico en el vecto de flujo de etato. La etimación de velocidad y poición e baa en el método MRAS (Model Refeence Adaptative Sytem) o Sitema Adaptivo po Modelo de Refeencia. Do on la etategia MRAS empleada paa la etimación de velocidad y poición: Una de ella e baa en la etimación del flujo de etato y la ota en la etimación de la coiente de oto, amba a tavé de do modelo conocido como el Modelo de Refeencia y el Modelo Ajutable. Eta etategia de contol fueon expeimentalmente validada en témino de convegencia, eguimiento de velocidad e impacto de caga. iv

5 Índice. ÍNDICE CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN OBJETIVOS DE LA TESIS ESTRUCTURA DE LA TESIS... 4 CAPÍTULO II. SISTEMA EXPERIMENTAL INTRODUCCIÓN LA TARJETA PC LA TARJETA DE MEDICIÓN DE TENSIONES LA TARJETA DE MEDICIÓN DE CORRIENTES LA TARJETA DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES LA TARJETA DE PROTECCIONES LA TARJETA DE LECTURA DE ENCODER EL SENSOR ENCODER LA TARJETA GENERADORA DE PWM O TEMPORIZADORA LA TARJETA GENERADORA DE REFERENCIA PARA EL 584SV LA TARJETA DE INTERFAZ CON LA PC EL BUS DEL SISTEMA LA TARJETA DE INTERFAZ DE PWM EL CONVERSOR EUROTHERM 584S EL CONVERSOR EUROTHERM 584SV EL GENERADOR DE INDUCCIÓN DE ROTOR BOBINADO LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN ROTOR JAULA DE ARDILLA EL SISTEMA EXPERIMENTAL IMPLEMENTADO CAPÍTULO III. MODELO DINÁMICO Y CONTROL DEL SISTEMA INTRODUCCIÓN v

6 Índice. 3.2 MODELO DINÁMICO DE LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN DISEÑO DE LOS CONTROLADORES DE CORRIENTE CONTROLADOR DE CORRIENTE MAGNETIZANTE CONTROLADORES DE CORRIENTES DE ROTOR (d-q) RESPUESTAS DE LOS CONTROLADORES DE CORRIENTE CAPÍTULO IV. OBSERVADORES MRAS PARA CONTROL SENSORLESS INTRODUCCIÓN OBSERVADOR MRAS BASADO EN EL FLUJO DE ESTATOR OBSERVADOR MRAS BASADO EN LA CORRIENTE DE ROTOR OPERACIÓN CATCHING ON THE FLY DEL OBSERVADOR MRAS CAPÍTULO V. RESULTADOS EXPERIMENTALES INTRODUCCIÓN MRAS BASADO EN ESTIMACIÓN DE FLUJO DE ESTATOR OPERACIÓN CATCHING ON THE FLY SEGUIMIENTO DE VELOCIDAD Y POSICIÓN IMPACTOS DE CARGA MRAS BASADO EN ESTIMACIÓN DE CORRIENTE DE ROTOR OPERACIÓN CATCHING ON THE FLY SEGUIMIENTO DE VELOCIDAD Y POSICIÓN IMPACTOS DE CARGA CAPÍTULO VI. CONCLUSIONES REFERENCIAS APÉNDICE A. ECUACIONES DINÁMICAS Y TRANSFORMACIONES A.1 ECUACIONES DINÁMICAS DE UNA MÁQUINA DE INDUCCIÓN A.1.1 FLUJOS DE LA MÁQUINA A.1.2 TENSIONES DE LA MÁQUINA A.1.3 TORQUE DE LA MÁQUINA vi

7 Índice. A.2 TRANSFORMACIONES DE LOS SISTEMAS DE REFERENCIA APÉNDICE B. MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO PWM B.1 MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO (PWM) B.1.1 PWM SÍNCRONO B.1.2 PWM ASÍNCRONO B.1.3 MUESTREO NATURAL B.1.4 MUESTREO REGULAR SIMÉTRICO B.1.5 MUESTREO REGULAR ASIMÉTRICO B.2 IMPLEMENTACIÓN DIGITAL DE PWM APÉNDICE C. GENERADORES DE ENERGÍA ELÉCTRICA C.1 GENERADORES DE ENERGÍA ELÉCTRICA C.1.1 GENERADOR DC O DE CORRIENTE CONTÍNUA C.1.2 GENERADOR SÍNCRONICO C.1.3 GENERADOR DE INDUCCIÓN APÉNDICE D. LA TARJETA PC31 Y EL DSP TMS320C D.1 INTRODUCCIÓN D.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA FAMILIA TMS320C3X D.3 ESTRUCTURA INTERNA DE LA FAMILIA TMS320C3X D.3.1 ORGANIZACIÓN DE LA MEMORIA D.3.2 PERIFÉRICOS INTERNOS DE LA FAMILIA TMS320C3X D TIMERS INTERNOS TIM_0 Y TIM_ D PUERTOS SERIALES SÍNCRONOS D CONTROLADOR DMA D.4 LATARJETA PC D.4.1 INTERFAZ TARJETA PC31 PC D PERIFÉRICOS DE LA TARJETA PC APÉNDICE E. DIAGRAMAS ESQUEMÁTICOS DE CIRCUITOS vii

8 CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN

9 Capítulo I. Intoducción. 1.1 INTRODUCCIÓN GENERAL Lo método de geneación de enegía eléctica on de natualeza muy divea, ya ea apovechando lo afluente fluviale, el viento, la maea o la combutión [1]. Junto con eto exite una amplia gama de máquina eléctica que pueden e utilizada con el popóito de tanfoma la enegía en enegía eléctica. En la geneación de enegía eléctica genealmente e opea egulando la velocidad de la fuente motiz de manea de mantene una fecuencia de opeación contante. Exiten, en alguna medida, itema de geneación que opean a velocidad vaiable, iendo lo má conocido lo itema de geneación eólico. Ente la máquina má empleada como geneadoe a velocidad vaiable etán la máquina DC, la máquina incónica y la máquina de inducción de oto jaula de adilla y de oto bobinado. En la mayoía de lo cao e debe ua un itema electónico de intefaz ente el itema de geneación y la ed de alimentación, paa itema de geneación conectado a la ed, o la caga paa itema ailado a fin de atiface lo equeimiento de fecuencia y tenión contante. Po ota pate, paa opeación a velocidad vaiable también e neceaio poee un conjunto máquina-conveo paa el uminito de la enegía que vaya a neceitae paa atiface la demanda equeida y ademá paa mantene una calidad de enegía con mínima petubacione. En aplicacione eólica de velocidad vaiable e ha dejado en evidencia que el deempeño de itema de geneación con epecto a la captua de enegía etá influenciado po la técnica de contol empleada (contol de toque mecánico o de toque del geneado). Po eta azón e equiee no ólo un itema de geneación adecuado i no que también un itema de contol pecio y flexible paa obtene un endimiento lo má alto poible. Dento de lo equema de geneación no convencional de velocidad vaiable, como lo que apovechan la enegía del viento, la máquina de inducción de doble 2

10 Capítulo I. Intoducción. excitación e uno de lo geneadoe que má e utiliza en el ango de media y alta potencia. Dado que el ango de velocidad de opeación etá limitado a ±30% de la velocidad nominal, la potencia de lo conveoe, conectado en el cicuito de oto, e de ólo una facción de la potencia nominal de la máquina. La aplicación de etategia de contol vectoial pemiten obtene una alta epueta dinámica del contol de toque de la máquina y contol independiente del toque y el flujo. También e motivo de invetigación la utilización de ete tipo de máquina en itema de geneación de velocidad vaiable paa upli de enegía eléctica en itema ailado. En ete cao e pueden aplica técnica de contol vectoial paa contola la tenión en lo teminale de la máquina y opea a fecuencia contante independiente de la velocidad de otación de la fuente motiz. Sin embago, la ventaja compaativa de eta máquina e ven diminuida dado que la implementación cláica de contol vectoial (genealmente po oientación en el flujo de oto) equiee de un eno de poición, que e fágil, de alto coto elativo y que diminuye la confiabilidad del accionamiento. En la peente tei e invetigaá la aplicación de técnica de Contol Vectoial Senole paa un DFIG (Doubly-Fed Induction Geneato) o Geneado de Inducción de Doble Excitación de velocidad vaiable, acoplado a una máquina de inducción oto jaula de adilla que actúa como máquina motiz en el itema. Ete itema e ua paa povee de enegía a una caga ailada conectada en el etato del geneado. Se etudiaán do etategia de etimación de velocidad baada en el método MRAS (Model Refeence Adaptative Sytem) o Sitema Adaptivo con Modelo de Refeencia. La pimea etategia ua el flujo de etato como vaiable de etado paa obtene la velocidad de otación. De acuedo al pincipio de opeación del MRAS el flujo del etato e obtiene de do modelo, uno de tenión (o Modelo de Refeencia) y oto de coiente (o Modelo Ajutable). La egunda etategia MRAS de etimación de velocidad utiliza la coiente de oto como vaiable de etado tanto paa el modelo de efeencia como paa el ajutable. Se peenta un análii de ambo equema y la veificación 3

11 Capítulo I. Intoducción. expeimental fente a cambio de velocidad e impacto de caga. Uno de lo apecto impotante de la etategia de contol enole e la pueta en funcionamiento del itema. Se peenta en la tei un equema equivalente a lo utilizado en itema MRAS de máquina jaula de adilla conitente en un método de patida equivalente a un V/f, utilizando la etimación de la fecuencia de etato como índice de méito paa decidi la convegencia de lo etimadoe de velocidad. 1.2 OBJETIVOS DE LA TESIS Lo objetivo peeguido po el peente tabajo on lo iguiente: Implementa un pototipo expeimental que pemita contola vectoialmente, utilizando un DSP (Digital Signal Poceo) o Poceado de Señale Digitale, un itema compueto de un DFIG (Geneado de Inducción de Doble Excitación) con un conveo PWM fuente de tenión alimentando el oto y acoplado a un accionamiento de inducción que actúa como máquina motiz del itema de velocidad vaiable. Deaolla y valida un equema de Contol Vectoial, oientado en la diección del vecto de flujo de etato, de coiente de oto en eje d-q y de coiente magnetizante de etato. Etudia y compoba el deempeño de técnica de Contol Senole, e deci in eno de poición, a tavé de la implementación de obevadoe de velocidad/poición utilizando equema de obevado de velocidad del tipo MRAS. 1.3 ESTRUCTURA DE LA TESIS La peente tei etá compueta de ei capítulo. El capítulo I coeponde a la intoducción al tema de la tei. Junto con eto e deciben lo objetivo a loga y e hace un beve eumen de la etuctua de eta. 4

12 Capítulo I. Intoducción. El capítulo II decibe la ed expeimental y el hadwae utilizado paa u implementación. El capítulo III decibe la modelación de la Máquina de Inducción de Roto Bobinado (MIRB) y el contol vectoial del itema completo. Se peentan ademá la epueta entegada po ete itema de contol, en lo que e efiee al contol de coiente. El capítulo IV da a conoce una decipción de la técnica MRAS dieñada paa el contol vectoial in eno de velocidad. El capítulo V peenta lo eultado expeimentale del itema de contol vectoial con la técnica MRAS implementada. El capítulo VI entega la concluione que e dependen del peente tabajo. 5

13 CAPÍTULO II SISTEMA EXPERIMENTAL

14 Capítulo II. Sitema Expeimental. 2.1 INTRODUCCIÓN El peente capítulo hace una decipción detallada del itema expeimental, e deci, del hadwae utilizado paa la taea de medición, contol y mando del Geneado de Inducción de Roto Bobinado, de la Máquina de Inducción Roto Jaula de Adilla (máquina motiz) y de lo epectivo inveoe que la alimentan. La bae de ete itema la contituye la tajeta de adquiición de dato y contol PC31 de Innovative Integation, intalada en un computado PC y cuya pincipal caacteítica la contituye el Poceado Digital de Señale DSP TMS320C31 montado en ella. La taea de medición de coiente y tenione del itema e llevan a cabo con tanductoe de Efecto Hall y tanductoe del tipo Tanpoe. Una vez medida, la eñale de coiente y tenione on enviada a una tajeta de acondicionamiento, ante de aplicala al conveo Análogo Digital de la tajeta PC31. La eñale de contol PWM on geneada po el DSP TMS320C31, y luego e envían a una tajeta de tempoización que utiliza el time 82C54, que genea lo pulo paa lo tanitoe del inveo. También fue implementada una tajeta de intefaz paa envia la eñale PWM al inveo comecial Euothem 584S, una tajeta de intefaz paa pode comunicae con la tajeta PC31, una tajeta paa lee la eñale poveniente del eno de poición (encode) que e utiliza paa efecto de compaación con lo etimadoe de velocidad, una tajeta de potección conta obecoiente y conta pédida de inconimo en la geneación de la eñale PWM, y po último una tajeta encagada de tanmiti una efeencia de velocidad paa el inveo del accionamiento de la máquina de inducción tipo jaula de adilla (máquina motiz). 7

15 Capítulo II. Sitema Expeimental. 2.2 LA TARJETA PC31 La tajeta DSP PC31 e una tajeta de Adquiición de dato y Contol que poee lo beneficio que otoga el DSP TMS320C31 de Texa Intument, la cual tae integada una eie de peiféico tale como time/counte, entada y alida digitale, pueto de comunicación eial tanto paa RS232 como paa RS422, y ademá una intefaz DSPLink. La tajeta también tae conigo do multiplexoe de 16 bit, amplificadoe de ganancia pogamable, filto antialiaing, conveo A/D, un pa de conveoe D/A, un banco de memoia compatida, etc. La tajeta, e capaz de opea con 32 bit en punto flotante a 40, 50 o 60 MHz. Toda eta caacteítica hacen poible contui y comanda itema con aplicacione baada en PC, que neceiten gan velocidad de cálculo y peciión. El poceado DSP TMS320C31, moto de la tajeta, poee una capacidad de 60 MIPS (Mega Intuccione Po Segundo) y un eloj de 60 MHz. Ete poceado de 32 bit poee un bu de dieccione de 24 bit y un bu de dato de 32 bit. La tajeta fue dieñada como un dipoitivo, vale deci, etá mapeada dento del epacio de entada y alida del bu AT. Pincipalmente poee te zona que e comunican ente í y ademá con el DSP. Eta zona coeponden a: ZONA DE PERIFERICOS ZONA DE INTERFAZ PC ZONA DEL DSP TMS320C31 La ZONA DE PERIFERICOS etá compueta po lo time, conveoe A/D y D/A, pueto paalelo, pueto eie o eial, bu DSPLink, y oto. 8

16 Capítulo II. Sitema Expeimental. La ZONA DE INTERFAZ PC la contituyen dipoitivo tale como memoia de do pueto o memoia bidieccional, bu de intefaz con el PC, bu de intefaz con el DSP, bue de expanión, geneado de etado de epea, y oto. La tecea zona coeponde e incluye al poceado DSP TMS320C31. La figua 2.1 mueta la tajeta PC31 utilizada en el itema y la figua 2.2 un diagama de bloque de éta. Figua 2.1 Tajeta DSP PC31. 9

17 Capítulo II. Sitema Expeimental. Figua 2.2 Diagama de bloque de la Tajeta DSP PC31. 10

18 Capítulo II. Sitema Expeimental. 2.3 LA TARJETA DE MEDICIÓN DE TENSIONES Eta tajeta eta encagada de medi la tenione en el itema, que incluyen la tenione de línea de etato y oto del Geneado de Inducción de Roto Bobinado, y la tenión de enlace DC del inveo 584S. La tajeta utiliza enoe LEM LV25-P de Efecto Hall paa medi la tenione de etato del Geneado, v ab y v bc, y ademá enoe Tanpoe paa medi la tenione del oto, v ab y v bc, de la máquina y la tenión en el enlace DC del inveo, E dc, que contola al Geneado (ve equemático del cicuito en el Apéndice E). La utilización de do tipo de enoe e debe únicamente a azone de diponibilidad. Lo enoe de Efecto Hall poeen do pine utilizado paa u alimentación con una fuente bipola de +15V, un pin coepondiente a la alida de la medición y do pine de entada paa la medición popiamente tal [2]. La figua 2.3 mueta el eno popiamente tal mienta que la figua 2.4 mueta en detalle la configuación de pine de ete eno. Figua 2.3 Seno de tenión de Efecto Hall LEM LV25-P. 11

19 Capítulo II. Sitema Expeimental. Figua 2.4 Configuación de pine del eno de tenión LV25-P. La eitencia R p e calculan tal que la tenión nominal coeponda a una coiente de entada I p de 10mA. En tanto, la eitencia de alida R m e calcula tal que la tenión máxima de alida e loge con una coiente I m de 25mA [2]. Entonce paa una tenión nominal máxima de 600V y una tenión máxima de alida dede el eno de 2.5V, e tiene: V 600V Rp = = = 60KΩ I 10mA p y P = V * I = 600V * 10mA p p = 6W Vm 2.5V Rm = = = 100Ω y Pm = Vm * I m = 2.5V * 25mA = W I 25mA m Lo enoe Tanpoe [3], figua 2.5, actúan como amplificadoe difeenciale con capacidad de tenión de entada alta. Tanto e aí que cada entada e capaz de medi hata 1KV peak de tenión. Po ota pate eto enoe poeen una alida máxima de +10V. Ota caacteítica de eto enoe e que u ganancia de tenión, puede e pogamada po el uuaio a tavé de una eitencia fija. Eta eitencia puede e la equivalente de la eitencia en paalelo R1 y R2, i e deea un valo de ganancia má exacto. Junto con eto también ete eno poee la ventaja de pode educi la epueta de fecuencia de la eñal enada po medio de un condenado, calculado po el uuaio paa tal efecto. 12

20 Capítulo II. Sitema Expeimental. Figua 2.5 Seno Tanpoe y u configuación de pine. La eitencia y el condenado e calculan a tavé de la iguiente fómula: Vout R = * ( Ω) (2.1) V in 1 f o = ( Hz) (2.2) 2 πrc donde V in e la tenión de entada y V out e la tenión de alida deeada po el uuaio. f o e la fecuencia de cote del filto paabajo a la alida del Tanpoe. Ademá la tajeta de medición de voltaje poee una etapa pe-acondicionadoa que incluyen filto paa bajo paa adecua lo nivele de tenión de la eñale y elimina uido de alta fecuencia. 13

21 Capítulo II. Sitema Expeimental. 2.4 LA TARJETA DE MEDICIÓN DE CORRIENTES La tajeta de medición de coiente ua paa ete popóito enoe de coiente de Efecto Hall LEM LTA50P/SP1, como el que e mueta en la figua 2.6. Eto enoe miden la coiente de etato y de oto, i a, i b e i a, i b, epectivamente, del Geneado de Inducción de Roto Bobinado, ademá de un eno adicional paa medi alguna ota eñal de coiente del itema en el cao de e neceaio. Figua 2.6 Seno de Coiente de Efecto Hall LEM LTA50P/SP1. Eto enoe poeen ei pine, (ve figua 2.7) do de lo cuale coeponden a pine de alimentación bipola +15V (pine 2 y 6). El pin 5 e el pin de 0V, e deci, el pin de tiea. Lo pine 1 y 4, coiente de alida y tenión de alida intantánea epectivamente, deben e conectado ente í paa obtene la alida en foma de tenión. El pin 3 no e conecta. Eto enoe miden como máximo 50A, y el enado e efectúa de una manea muy imple, ya que bata con hace cicula la coiente a ena a tavé de un oificio que poee en el cento. La coiente en foma de tenión e lee midiendo dede lo pine 1 y 4, conectado ente í, con epecto al pin 5, de tiea. 14

22 Capítulo II. Sitema Expeimental. Figua 2.7 Configuación de pine del eno de coiente. Al igual que en el cao de la tajeta de medición de tenione, eta tajeta también poee una etapa de pe-acondicionamiento, la cual cumple el mimo objetivo, e deci, amplificación y filtado de la eñale enada (ve equemático del cicuito en el Apéndice E). 2.5 LA TARJETA DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES Como u nombe lo indica eta tajeta cumple la función de acondiciona la eñale de tenión y coiente pocedente de la tajeta de medición epectiva, ya que eta eñale etán expueta al uido geneado po el efecto de conmutación de lo dipoitivo emiconductoe de potencia de lo inveoe. Ademá ete acondicionamiento ive paa evita poblema de ditoión de la eñale po caua del mueteo, vale deci, aliaing. E aí como el acondicionamiento e lleva a cabo tavé de una etapa de filtado de la eñale con filto paa bajo de 2º oden del tipo Chebyhev, antialiaing. Eto filto tienen como caacteítica, una fecuencia de cote de 800Hz y una ganancia de 1.832, apoximadamente. La fecuencia de cote e calcula como: 15

23 Capítulo II. Sitema Expeimental. f c = 1 2πRCf (2.3) n donde f n, e obtiene de la iguiente tabla dada paa filto Chebyhev de 2º oden [4]: Filto Chebyhev de 2º oden K f n Tabla 2.1 Selección de f n y K del Filto Chebyhev de 2º oden. La alida de eta tajeta on la eñale de tenión y coiente ya acondicionada que van hacia el conveo A/D ineto en la tajeta DSP PC31, y la eñale de coiente de oto, i a i b, y de tenión de enlace DC, e dc, que entan a la tajeta de poteccione (ve equemático del cicuito en el Apéndice E). y coiente. La figua 2.8 mueta la etapa de acondicionamiento de cada eñal de tenión Figua 2.8 Filto antialiaing Chebyhev de 2º oden implementado. 16

24 Capítulo II. Sitema Expeimental. 2.6 LA TARJETA DE PROTECCIONES Eta tajeta e divide eencialmente en do eccione. La pimea ección lleva una potección po obecoiente, la cual actúa cada vez que e obepaa la coiente límite a la cual dicha potección a ido ajutada. El cicuito de potección po obecoiente conta de un poténciometo paa ajuta lo límite de acción, infeio y upeio, de la potección. Luego eta eñale e compaan con la eñale poveniente de la tajeta de acondicionamiento, po medio de compaadoe de tenión LM319. El eultado de dicha compaación e envía a un 74LS30 y de allí a un aeglo de flip-flop. La egunda pate de la tajeta conta de una potección po pédida de inconimo o de inteupción en la geneación de la eñale PWM, que e activa cuando la eñal de gate de la tajeta Geneadoa de PWM no eetea al contado 74LS590, dento del tiempo en que debe hacelo, povocando aí un cambio de etado en un aeglo de flip-flop. E deci, amba eccione en la tajeta dan como eultado un cambio de etado en un aeglo de flip-flop en cao de exiti obecoiente o pédida de inconimo en la geneación de PWM, y con ello vía Bu y a tavé de la tajeta Geneadoa de PWM dehabilita la geneación de PWM activando la potección intena del inveo. Paa pode depeja una falla en el itema o eetealo exite en eta tajeta un witch pulante y un witch on/off que contola la entada y alida de la eñale PWM del inveo. Solamente i el witch on/off etá en etado off el itema puede e eeteado, pue eto aegua la auencia de la eñale PWM y de falla del itema (ve equemático del cicuito en el Apéndice E). 17

25 Capítulo II. Sitema Expeimental. 2.7 LA TARJETA DE LECTURA DE ENCODER Eta tajeta cumple la función de conta lo pulo geneado po el eno encode, fijado en el eje del Geneado de Inducción de Roto Bobinado, y tanmitilo a tavé de la tajeta de Intefaz y del Bu DSPLink en la PC31 al poceado DSP TMS320C31, paa aí pode hace, vía oftwae, la lectua de poición del oto y poteiomente el cálculo de velocidad de la máquina. En eta tei e utiliza la lectua del encode paa efecto compaativo con lo obevadoe de velocidad. Eta tajeta ecibe te eñale difeenciale, tene de pulo, la cuale po medio del ecepto difeencial DS88C20 llegan al contado HCTL2016 que entega el valo de la poición actual a tavé de do ciclo de lectua implementado po oftwae [5]. El pimeo de eto ciclo lee el byte meno ignificativo y el egundo lee el byte má ignificativo (ve equemático del cicuito en el Apéndice E) EL SENSOR ENCODER El eno encode e incemental del tipo óptico. Báicamente conta de un dico con 2500 anua en el peímeto exteio y te optointeuptoe tanmioe/eceptoe que finalmente dan 10000PPR (Pulo Po Revolución) [2]. Do de lo optointeuptoe e encuentan deplazado en media anua ente ello y un tece optointeupto e utiliza paa indica la poición inicial del oto. La poición del oto, e muetea cada 500ueg, y la velocidad de la máquina e calcula cada T w = 5meg. Si N e el númeo de pulo contado duante el tiempo de mueteo T w, entonce la velocidad etá dada po: 60N n = ( pm) (2.4) 10000T w 18

26 Capítulo II. Sitema Expeimental. Figua 2.9 Diagama equemático del eno encode. La eolución de velocidad etá dada po: Re w 2π ad = ( ) (2.5) 10000T eg w 2.8 LA TARJETA GENERADORA DE PWM O TEMPORIZADORA El objetivo de eta tajeta e ecibi el ancho de lo pulo, calculado vía oftwae, y pogama la cuenta del time 82C54 ineto en ella, paa genealo. Eta tajeta poee un 74F573 que genea la eñale de dipao paa activa la alida de lo contadoe del time y contola un aeglo de flip-flop dando oigen aí a la eñale PWM que, paando luego a tavé de un tanmio difeencial DS26LS31, eultan en la eñale PWM poitiva y negativa enviada al inveo. El time e pogamado po oftwae en modo 1 (eñale A0 y A1), eleccionado po el 74F138 con la eñal Y0 y puede e activado paa lectua o ecitua a tavé de la eñal R/W* (ve equemático del cicuito en el Apéndice E). 19

27 Capítulo II. Sitema Expeimental. 2.9 LA TARJETA GENERADORA DE REFERENCIA PARA EL 584SV Eta tajeta envía una eñal de tenión al inveo 584SV que coeponde a la efeencia de velocidad paa la máquina motiz del itema (Máquina de Inducción de Roto Jaula de Adilla). La efeencia de velocidad e genea po oftwae pogamando lo conveoe D/A de la PC31, que genean una tenión ente 0V y +10V la cual llega a una etapa eguido emio en la tajeta y luego va hacia un amplificado ailado ISO124P, que aíla la entada y la alida de la tajeta. Finalmente, la eñal de tenión e filtada, con un filto paabajo Chebyhev de pime oden de fecuencia de cote 500Hz y ganancia unitaia, y enviada al inveo 584SV que alimenta la máquina motiz (ve equemático del cicuito en el Apéndice E) LA TARJETA DE INTERFAZ CON LA PC31 La tajeta de intefaz con la PC31 pemite el acceo al DSP TMS320C31, a tavé del Bu DSPLink de la PC31, y también que el DSP tenga acceo al mundo exteio (con una o vaia tajeta de intefaz) vía el DSPLink. El acceo bidieccional ente el itema y el DSP, e loga po medio de la eñale A0 a A5 paa elecciona dipoitivo del itema, la eñale de entada y alida de dato D0 a D7 y la eñale DSPLINK* y R/W* paa habilita el Bu DSPLink paa lee o ecibi al DSP. La tajeta conta de do buffe 74F245 uno configuado como bidieccional paa entada y alida de dato, junto con la eñale DSPLINK* y R/W*, y el oto como unidieccional paa la línea de dieccione. Ademá la tajeta poee un 74F138 paa 20

28 Capítulo II. Sitema Expeimental. decodifica, a tavé de la línea de diección A3 a A5 del Bu DSPLink, y habilita o dehabilita dipoitivo del itema (ve equemático del cicuito en el Apéndice E) EL BUS DEL SISTEMA El Bu del itema e una tajeta de 32 línea (4 línea de alimentación, 9 línea de dato (D0-D7, GND), 7 línea de dieccione (A0-A5, GND), 11 línea de contol (Y0- Y7, DSPLINK*, R/W*, GND)), donde van montada toda la tajeta ante mencionada paa que puedan inteactua ente ella y con la PC31. En eta tajeta la línea que cumplen la función de uminita alimentación, a toda la tajeta ineta en ella, lo hacen a tavé de eñale de +5V, GND, +15V y - 15V (ve equemático del cicuito en el Apéndice E) LA TARJETA DE INTERFAZ DE PWM La geneación de la eñale PWM del itema y la de potección no etán conectada diectamente al inveo, ino a tavé de una tajeta de intefaz dieñada paa que el acoplamiento ea lo má pefecto poible ente el itema y el inveo. La eñal de potección geneada en el itema, e conecta de manea diecta al inveo y la eñale PWM e conectan a tavé del Bu de Dato del inveo. HCPL2630. La entada y alida en la tajeta etán ailada a tavé de optoailadoe Una de la caacteítica de eta tajeta e que tiene la capacidad de que el uuaio pueda elecciona ente el PWM geneado intenamente po el inveo y el geneado extenamente po el uuaio del itema. Eta elección e hace po medio de 21

29 Capítulo II. Sitema Expeimental. un witch que elecciona un aeglo de buffe que conectan u alida al Bu de Contol o al Bu de Dato del inveo (ve equemático del cicuito en el Apéndice E) EL CONVERSOR EUROTHERM 584S El conveo EUROTHERM 584S e un Inveo PWM fuente de tenión utilizado paa alimenta el oto del Geneado de Inducción de Doble Excitación. En geneal eto inveoe etán dieñado paa el contol de velocidad de motoe de inducción tifáico etánda. La gama cube motoe en el ango de potencia de 0.75KW (1HP) a 75KW (100HP) paa la aplicacione de toque contante y 1,1KW (1,5HP) a 90KW (120HP) paa aplicacione de toque cuadático. En nueto cao debió modificae paa ecibi la eñale PWM geneada po oftwae a tavé del itema y ademá ecibi la eñal de potección geneada en la tajeta de poteccione. Figua 2.10 Inveo EUROTHERM 584S. Eta modificación e ealiza inteviniendo el Bu de Contol y Dato del inveo, que e conectan a la tajeta de intefaz de PWM ante mencionada. 22

30 Capítulo II. Sitema Expeimental EL CONVERSOR EUROTHERM 584SV Ete conveo poee caacteítica imilae a la del conveo 584S, en cuanto a ango de potencia de la máquina conectada a u alida. Sin embago, ete conveo poee la capacidad de hace contol vectoial enole de la máquina conectada a u alida, lo cual le da una gan ventaja pue hoy en día la gan mayoía de la aplicacione indutiale optan po eto tipo de equipo, apovechando la bondade del contol vectoial. Ete conveo e utiliza paa alimenta la máquina motiz, en ete cao de inducción jaula de adilla. Figua 2.11 Inveo EUROTHERM 584SV EL GENERADOR DE INDUCCIÓN DE ROTOR BOBINADO También conocido como Geneado de Inducción de Doble Excitación (DFIG) o de Roto Bobinado, eta e una máquina fabicada po Maelli Motoi, modelo E4F, con capacidad de 7,5KW de alida. Su placa identificatoia e mueta en la figua Potencia Fecuencia Velocidad 7,5 (KW) 50 (Hz) 960 (pm) Tenión (V) Coiente (A) Etato (Delta-Etella) ,5 Roto (Etella) Figua 2.12 Placa del Geneado de Inducción de Roto Bobinado. 23

31 Capítulo II. Sitema Expeimental. Paa detemina lo paámeto de la máquina tale como eitencia de etato, eitencia de oto, inductancia de etato, inductancia de oto, inductancia de magnetización y azón de tanfomación ente etato y oto, e hicieon la iguiente pueba: Pueba de vacío (Etato) V (V) V (V) a Io (A) 50,00 43,50 1,46 0,90 100,00 69,20 1,46 1,90 150,00 103,70 1,46 3,00 200,00 138,70 1,46 5,30 250,00 172,50 1,46 5,49 300,00 209,00 1,46 6,85 350,00 242,00 1,46 8,70 380,00 259,00 1,46 10,00 Tabla 2.2 Pueba de vacío en el lado del Etato. Pueba de vacío (Roto) V (V) V (V) a Io (A) 65,20 50,00 1,30 2,03 131,00 100,00 1,31 4,06 200,00 150,00 1,33 6,00 261,50 200,00 1,31 8,70 325,30 250,00 1,30 12,00 Tabla 2.3 Pueba de vacío en el lado del Roto. la tabla 2.4. Paa la medición de eitencia de oto y etato e hicieon la medicione de Medición de Reitencia fae R (Ohm) fae R (Ohm) R-R 0,3850 V-W 0,5450 N-N 0,3850 V-U 0,5550 B-B 0,3950 U-W 0,5550 R po fae 0,3883 R línea/línea 0,5517 R-B 0,7850 R-N 0,8550 N-B 0,8100 R línea/línea 0,4083 a 1,3800 R 0,3983 R 0,2758 R' 0,5253 Tabla 2.4 Medicione de Reitencia de Roto y Etato. 24

32 Capítulo II. Sitema Expeimental. Paa aveigüa lo valoe de la inductancia de etato, de oto y la de magnetización e efectuaon pueba de cicuito abieto, tanto paa etato como paa oto logándoe lo iguiente eultado: Pueba de Roto Abieto V (V) V (V) Io (A) E1 (V) L (H) Lo (H) l (H) 50,00 34,50 0,90 47,58 0,1021 0,0972 0, ,00 69,20 1,90 95,44 0,0967 0,0923 0, ,00 103,70 3,00 143,02 0,0919 0,0876 0, ,00 138,70 5,30 191,29 0,0693 0,0663 0, ,00 172,50 5,49 237,91 0,0837 0,0796 0, ,00 209,00 6,85 288,25 0,0805 0,0773 0, ,00 242,00 8,70 333,76 0,0739 0,0705 0, ,00 259,70 10,00 358,17 0,0698 0,0658 0,0040 Pomedio 0,0835 0,0796 0,0039 Pueba de Etato Abieto V (V) V (V) Io (A) E2 (V) L (H) Lo' (H) l (H) 65,20 50,00 2,03 47,27 0,0453 0,0428 0, ,00 100,00 4,06 94,98 0,0453 0,0430 0, ,00 150,00 6,00 145,02 0,0459 0,0444 0, ,50 200,00 8,70 189,61 0,0422 0,0401 0, ,30 250,00 12,00 235,87 0,0383 0,0361 0,0022 Pomedio 0,0434 0,0413 0,0021 Lo=a 2 Lo' 0,0786 Tabla 2.5 Pueba de Cicuito Abieto paa Etato y Roto. De la tabla 2.5 e tiene que lo paámeto de la Máquina de Inducción de Roto Bobinado on: L = 0,0835(H) Inductancia de Etato efeida al Etato. L = 0,0434(H) Inductancia de Roto efeida al Roto. L o = 0,0785(H) Inductancia de Magnetización efeida al Etato. R = 0,3980(Ω) Reitencia de Etato efeida al Etato. R = 0,2760(Ω) Reitencia de Roto efeida al Roto. a = 1,3800 Razón de vuelta o de Tanfomación. 25

33 Capítulo II. Sitema Expeimental LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN ROTOR JAULA DE ARDILLA La Máquina de Inducción Roto Jaula de Adilla contituye la máquina motiz utilizada en ete itema expeimental. Eta máquina etá conectada en etella, poee una coiente de vacío de 2A y una coiente nominal po fae de 9A apoximadamente. La figua 2.13 mueta la placa con la caacteítica de eta máquina. Potencia Fecuencia Velocidad 7,5 (KW) 50 (Hz) 1440 (pm) Conexión Tenión (V) Coiente (A) Delta ,4 Figua 2.13 Placa de la Máquina de Inducción Roto Jaula de Adilla EL SISTEMA EXPERIMENTAL IMPLEMENTADO El itema expeimental amado finalmente e el que e mueta equematizado en la figua El contol del itema, po el uuaio, e hace po oftwae dede el PC, enviando la conigna de contol po teclado vía una intefaz gáfica dieñada paa tal efecto. Eta conigna llegan al DSP en la PC31, donde e llevan a cabo la taea de contol, paa poteiomente envia la eñale al ack de tajeta donde e genean la eñale PWM paa cada una de la fae del Inveo 584S (y de eta manea contola la Máquina de Inducción Roto Bobinado), y ademá la eñal de efeencia de velocidad paa el Inveo 584SV que alimenta a la (Máquina de Inducción Roto Jaula de Adilla) máquina motiz del itema. Al ack también llegan la eñale dede el encode que mide la poición del oto y la eñale eléctica de tenión y coiente paa u acondicionamiento, y aí queda dipueta paa que ingeen al DSP en la PC31 donde actúan lo lazo de contol dieñado. Junto con eto, la PC31 también envía la 26

34 Capítulo II. Sitema Expeimental. eñale al PC paa que en él e puedan obeva la epueta de la vaiable geneada po el contol y cualquie ota vaiable que el uuaio deee. Al etato del Geneado de Inducción de Roto Bobinado e conecta una caga eitiva, de 24Ω po fae, paa poduci impacto de caga. Ademá e conectaon inductancia en eie po fae al oto, de apoximadamente 80mH, paa efecto de filtado. Figua 2.14 Equema del Sitema Expeimental implementado. 27

35 CAPÍTULO III MODELO DINÁMICO Y CONTROL DEL SISTEMA

36 Capítulo III. Modelo Dinámico y Contol del Sitema. 3.1 INTRODUCCIÓN Una caacteítica de un Geneado de Inducción de Roto Bobinado con el oto conectado a un inveo PWM fuente de tenión, e que puede entega potencia contante a tenión y fecuencia contante a una caga ailada, aunque la velocidad del oto vaíe [6]. La ditoión de la coiente de línea po el lado de la alimentación del inveo PWM e baja, po lo que hace upone lo conveniente que e utiliza ete equema paa la alimentación de potencia a una caga ailada ya ea a velocidad ubincónica o upeincónica. Alimenta a una caga dede un itema eléctico autónomo e, in embago, má complejo que alimentala dede la ed, ya que e equieen de equema exta paa el contol de la tenione de alida, la fecuencia y también el flujo de potencia ente el geneado y la caga. Ete capítulo peenta el Modelo Dinámico y el Contol Vectoial de un Geneado de Inducción de Roto Bobinado en eje d-q, a velocidad vaiable que popociona potencia a una caga ailada. Se popone ademá una novedoa técnica de oientación indiecta hacia el flujo de etato paa lleva a cabo el Contol Vectoial. Eta técnica de oientación e de hecho una analogía de la oientación indiecta de flujo de oto, comúnmente uada en la Máquina de Inducción de Roto Jaula de Adilla; in embago, aunque la coiente de oto en eje d e emplea paa el contol del flujo de etato (que aí egula la tenión geneada), la coiente de oto en eje q e ua paa foza la oientación del flujo de etato. El geneado etá acoplado a una Máquina de Inducción de Roto Jaula de Adilla, que actúa como máquina motiz y que e contolada po oto inveo PWM. Una ventaja ignificativa del método indiecto e que el ángulo del flujo de etato, no e deiva de la medición de tenión, evitándoe aí el uido y la poible contaminación amónica de la tenión de etato. 29

37 Capítulo III. Modelo Dinámico y Contol del Sitema. 3.2 MODELO DINÁMICO DE LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN A pati del cicuito equivalente de la Máquina de Inducción de Roto Bobinado, y conideando un itema de efeencia en eje α-β, como el diagama de la figua 3.1, e tiene que la ecuacione de tenión de etato y oto de la Máquina etán dada po: Figua 3.1 Sitema de Refeencia Etacionaio en eje α-β. v v d = R i + ( Ψ ) (3.1) dt d = R i + ( Ψ ) (3.2) dt Lo flujo totale que enlazan la bobina del etato y del oto etán dado po: jε Ψ = L i + Lm ie (3.3) jε Ψ = L i + Lm ie (3.4) Reemplazando lo flujo totale en la ecuacione (3.1) y (3.2), e obtienen: d d jε v = R i + L ( i ) + Lm ( ie ) (3.5) dt dt v d d jε = R i + L ( i ) + Lm ( ie ) (3.6) dt dt Llevando eta ecuacione a un itema de efeencia otatoio que gia a la velocidad ω, como el que mueta la figua 3.2, e encuenta que: 30

38 Capítulo III. Modelo Dinámico y Contol del Sitema. Figua 3.2 Sitema de Refeencia Rotatoio en α-β y d-q. ' v d d = R ' i + L (' i ) + jω L ' i + Lm (' i ) + jω Lm ' i (3.7) dt dt De igual manea paa la tenión de oto e tiene: ' v d d = R ' i + L (' i ) + jω l L ' i + Lm (' i ) + jω l Lm ' i (3.8) dt dt Paa lo flujo de etato y oto e tienen: 'Ψ 'Ψ = L ' i = L ' i + L ' i m m + L ' i (3.9) Ahoa, empleando la definicione del Apéndice A, e expean la ecuacione dinámica de una Máquina de Inducción en un itema de efeencia otatoio d-q, como igue: v d = ( R + L ) i ω L i + L i ω L i (3.10) d q m d m q v = ω L i + ( R + L ) i + ω L i + L i (3.11) q d q m d m q v d = L i ω L i + ( R + L ) i ω L i (3.12) m d l m q d l q v = ω L i + L i + ω L i + ( R + L ) i (3.13) q l m d m q l d q 31

39 Capítulo III. Modelo Dinámico y Contol del Sitema. Po ota pate paa lo flujo e obtiene lo iguiente: Ψ = L i + L i (3.14) d d m d Ψ = L i + L i (3.15) q q m q Ψ = L i + L i (3.16) d m d d Ψ = L i + L i (3.17) q m q q como: La expeión paa el Toque Eléctico de la máquina puede entonce e ecita T e p = 3 Lm ( iqid idiq ) (3.18) 2 Si a continuación e conidea que nueto equema de contol oienta el eje d, del itema de efeencia otatoio, en la diección del vecto de flujo de etato, entonce: Ψ q = 0 (3.19) Y, i e aplica eta condición a la ecuacione (3.14) y (3.15), e llega a que: Ψ = Ψ d i = L i m = d L L m + L i d i m d + i d = L i m m (3.20) Ψ q = L i i q q + L L = L m q m i i q = 0 (3.21) donde i m e el equivalente de la coiente de magnetización de etato. La figua 3.3 mueta el diagama vectoial de la coiente de la máquina bajo eta condición de oientación, donde i, i θ, m e j i on lo vectoe de coiente de etato, oto y magnetización. 32

40 Capítulo III. Modelo Dinámico y Contol del Sitema. Figua 3.3 Diagama de Vectoe de Coiente paa la máquina. Lo ángulo θ y θ on la poición del itema de efeencia del etato y la poición del oto. Paa eto ángulo e atifacen la iguiente expeione: θ l ω = ω = ω l = θ θ = dt d dt d dt ( θ ) d ( θ ) ( θ ) l (3.22) Conideando todo el análii pevio, e tiene que la ecuacione dinámica paa una Máquina de Inducción de Roto Bobinado en un itema de efeencia otatoio d-q, alineado en la diección del vecto de flujo de etato on: 33

41 Capítulo III. Modelo Dinámico y Contol del Sitema. Ψ Ψ Ψ Ψ v v v v d q d q d q d q = L i = L = L = R i d = L i q m d m q = R i = R i = R i i i d q d q + L + L m d m q + L i + L i i i d q d + ( Ψ dt + ω Ψ d d + ( Ψ dt d + ( Ψ dt = L = 0 d d q ) i m m ) ( ω ω ) Ψ ) + ( ω ω ) Ψ q d (3.23) Si ahoa e conidean la ecuacione de tenión de etato, dada en (3.23), y e elimina i d empleando la definición paa i m y también e elimina i q uando (3.21), e encuenta que: τ m d dt ( i m ) + i σ m = i = d L 1+ σ + R L L m m v d (3.24) τ i m m ω = i q 1+ σ + R v q (3.25) donde τ m = L R. La ecuación (3.24) mueta que, ya que la influencia de v d e pequeña, entonce la coiente de magnetización de etato puede e contolada uando la coiente de excitación del oto, i d. Po ota pate la coiente de oto i q contituye un gado de libetad y puede e contolada mediante la iguiente conigna: i * q L = iq (3.26) L m Eta conigna lo que hace e foza la oientación del itema de efeencia hacia la poición del vecto de flujo de etato. Lo cual e cumple olamente cuando Ψ q = 0 y e aume que i q igue a i * q bajo la acción de un lazo de contol ápido. 34

42 Capítulo III. Modelo Dinámico y Contol del Sitema. La ecuación (3.25) también puede e uada paa foza la oientación peo, en la páctica, eta no e una buena apoximación ya que i q eta dada po la difeencia ente do cantidade mayoe que etán ujeta a uido. La condición de oientación dada po la ecuación (3.26) también ignifica que el ángulo de flujo de etato no tiene que e deivado dede la integación de la tenione de etato, peo puede e deivado diectamente dede la integal de la demanda de fecuencia de la tenión de etato, * ω (50Hz). Eto tiene la ventaja de que la oientación etá potegida del uido de la medición y de lo amónico de la tenión de etato que pueden e un poblema en una aplicación independiente (tand-alone) i un inveo e utilizado paa contola una caga auxilia. También debe e notado que con el equema de oientación indiecto anteio, i q no puede e uado ampliamente paa contola el toque del Geneado, que debe e contolado uando oto equema; eto e completamente apopiado paa la aplicación independiente (tand-alone) en la cual el contol de potencia de una caga auxilia detemina efectivamente el toque paa una velocidad del eje dada. La do componente de coiente de oto en eje d-q, i d e i q, on contolada a tavé de contoladoe PI. La demodulación de la tenione de oto demandada ua el ángulo de delizamiento obtenido como: * θ l = θ θ = ω dt θ (3.27) La ecuación (3.27) fueza al flujo de etato a ota a la fecuencia demandada duante la condicione de etado etacionaio y dinámica paa cualquie velocidad en el eje. Ahoa bien, eagupando la ecuacione dada en (3.23) e obtienen la iguiente expeione paa v d y v q : 35

43 Capítulo III. Modelo Dinámico y Contol del Sitema. v v d q = R i = R i d q + L + L d ( i dt d ( i dt d q ) ω L l ) + ω L l i m q i m d + L + L m m d ( i dt d ( i dt d q ) ω L i l l ) + ω L i q d (3.28) Definiendo: L 2 m σ = 1 (3.29) L L e expean ahoa la tenione de oto en eje d-q como: v v d q = ( R = ( R + σl ρ) i + σl ρ) i d q ω σl i l l q + ω σl i d L + L + ω 2 m l ρi L 2 m L m i m (3.30) con d ρ =. dt De eta manea e puede contui el equema del contol vectoial que e llevaá a cabo paa el itema (ve figua 3.4). 36

44 Capítulo III. Modelo Dinámico y Contol del Sitema. Figua 3.4 Diagama Equemático de la etuctua de Contol Vectoial implementada. 37

45 Capítulo III. Modelo Dinámico y Contol del Sitema. 3.3 DISEÑO DE LOS CONTROLADORES DE CORRIENTE CONTROLADOR DE CORRIENTE MAGNETIZANTE El flujo de etato e egulado a tavé del contol de la coiente de magnetización, i m. Eta coiente e obtiene como: i m Ψd = (3.31) L m y ademá conideando que: Ψ Ψ Ψ d α β = Ψ = = α ( v ( v co( θ α β R i R i ) + Ψ α β )dt )dt β en( θ ) (3.32) El ángulo θ e utiliza paa demodula el flujo y la coiente de etato. La coiente i m e compaa con el valo de efeencia, i * m, y el eo eultante e poceado a tavé de un contolado PI cuya alida foma el valo de efeencia, i * d como lo mueta el diagama de bloque de la figua 3.5., tal Figua 3.5 Lazo de Contol de Coiente de Magnetización. El diagama de bloque, paa el cálculo del contolado PI, también toma en cuenta que ete lazo de contol debe e mucho má lento compaado con el lazo de contol paa i d. La función de tanfeencia de la planta paa ete lazo de contol e obtiene de la ecuación (3.24), pue e conidea que la influencia de v d e pequeña. De eta manea: 38

46 Capítulo III. Modelo Dinámico y Contol del Sitema. τ i d m = ( τ L = R m + 1)i m (3.33) Y del lazo de contol de la figua 3.5 e tiene que en lazo ceado la función de tanfeencia eta dada po: L im ( ) m m = (3.34) 2 K p K pa + τ τ K p + 1 K + + τ m τ p m a E aí como igualando el denominado de (3.34) con el denominado de la función de tanfeencia de lazo ceado de un itema de egundo oden, e llegan a obtene: K p = 2ξω p n τ mω a = K τ 2 n m 1 (3.35) Con lo valoe de lo paámeto de la máquina, dado en el Capítulo II, e encuenta que τ m = 0,2096, y conideando una fecuencia de lazo ceado de 1Hz y un coeficiente de amotiguamiento de 0.8, e tiene que K p = 1,1091 y a = 7,4676. Finalmente dicetizando ete contolado en Matlab con el comando c2dm con un etento de oden ceo, e tiene que el contolado digital e: z az z 0,9633 K pz = 1,1298 (3.36) z 1 z 1 La efeencia paa el lazo de contol de coiente magnetizante, i * m, e fijada diectamente a tavé del teclado en el PC, po el uuaio. 39

47 Capítulo III. Modelo Dinámico y Contol del Sitema. define: CONTROLADORES DE CORRIENTES DE ROTOR (d-q) De la ecuacione de tenione de oto en eje d-q decita en (3.30), e ' v d ' v q = R i = R i d q + σl + σl d (i dt d (i dt d q ) ) (3.37) Po lo tanto ahoa edefiniendo la tenione de oto en eje d-q, como: v v d q ' = v ' = v d q ω + ω l l σl i q σli L + L d 2 m L + L 2 m ρi i m m (3.38) Lo eoe de i d e i q on poceado po contoladoe PI paa da v ' d y v ' q, epectivamente. Lo témino de compenación e agegan paa obtene una función de tanfeencia lineal ente i d y v ' d, e i q y v ' q. De eta manea e facilita el dieño de lo contoladoe y e loga un buen eguimiento de eta coiente. La compenacione coeponden a la eñale de tenión inducida del oto y a lo témino deacoplado de la coiente de oto en eje d-q. Po coniguiente de (3.37) y (3.38), la tenione de efeencia * v d y * v q e obtienen de: v v * d * q ' = v ' = v d q ω + ω l l σl i q σli L + L d 2 m L + L 2 m ρi i m m (3.39) Eta tenione v * d y v * q, on la tenione de efeencia paa un PWM de mueteo egula aimético de 2KHz, que contola al inveo conectado al oto del Geneado de Inducción de Roto Bobinado. La figua 3.6 mueta el lazo de contol implementado paa el dieño del contolado PI, que e deduce de la ecuacione en (3.37), dede la cuale e obtiene 40

48 Capítulo III. Modelo Dinámico y Contol del Sitema. Figua 3.6 Lazo de Contol de Coiente de Roto en eje d-q. la función de tanfeencia de la planta, que eulta e la mima, paa i d e i q, e deci: P( ) 1 = (3.40) σl + R y po lo tanto debe dieñae el mimo lazo de contol paa amba coiente. Ahoa uponiendo que ete lazo e mucho má ápido que el de la coiente de magnetización, e elige una fecuencia de lazo ceado de 70Hz. Con la fecuencia de lazo ceado elegida e hace neceaio dieña el PI diectamente en el plano Z, debido a que no e cumple con la egla de dieño que dice que paa dieña en el plano continuo y luego aplica algún método de dicetización paa halla el PI en el plano diceto, la azón ente la fecuencia de mueteo del itema (2KHz) y la fecuencia de lazo ceado eleccionada (70Hz) debe e mayo o igual a 30. Junto con eto, debe conideae en el dieño del lazo de contol un etado povocado po el inveo, coepondiente a un tiempo de mueteo. Po lo tanto, nueta planta debe e dicetizada peviamente. P( z ) 1 e = Ζ T P( ) = 1 R 1 e z e R T σl R T σl = K z A (3.41) Con lo paámeto de la máquina dado en el Capítulo II e calcula: K 0,0064 P( z ) = = (3.42) z A z 0,

49 Capítulo III. Modelo Dinámico y Contol del Sitema. Ahoa empleando la función de tanfeencia en el plano Z, de un contolado PI, y la del etado poducido po el inveo, dada po: C( z ) R( z ) = K = 1 z pz z az z 1 (3.43) y (3.42) e tiene que la ecuación de tanfeencia en lazo ceado paa lo lazo de contol de coiente de oto queda dada como: L ( c z ) ( K pz K ) z K pz Ka z 2 ( 1 + A) z + ( K pzk + A) z K pz Kaz = 3 (3.44) z Po ota pate el denominado de la ecuación de tanfeencia diceta de un itema de tece oden, tiene la foma: O( z ) ( ( ) ) z + e 2γT 2 γt ( z α) z 2e co( ω T ) = (3.45) Igualando el denominado de la función de tanfeencia dada en (3.44) con (3.45), y d conideando ademá que γ = ω ξ y ω n d 2 = ωn 1 ξ, e encuenta que: K α = 1 + A 2e a pz z e = αe = K 2γT 2γT pz K γt + 2αe γt co K ( ωdt ) ( ω T ) co d A (3.48) De eta manea el contolado PI eultante con una fecuencia de lazo ceado de 70Hz y un coeficiente de amotiguamiento de 0.8, e: α = 0,3354 K pz = 40,8589 a = 0,8974 z La efeencia de coiente i * d llega dede la alida del PI que contola la coiente de magnetización, i m, y la efeencia de coiente i * q dede la conigna de contol que fueza la oientación hacia la poición del vecto de flujo de etato (ecuación (3.26)). 42

50 Capítulo III. Modelo Dinámico y Contol del Sitema. Ya que lo témino de compenación no poducen efecto muy ignificativo en el contol de la coiente de oto, i d e i q, pue no contibuyen al deacoplo entonce no fueon conideado en el equema de contol final RESPUESTA DE LOS CONTROLADORES DE CORRIENTE En la figua 3.7 e mueta la epueta del contol de coiente de magnetización paa un cambio en la efeencia de 0(A) a 6,5(A) con la máquina giando a 600(pm). La demoa en la epueta del contolado e debe a una aíz lenta. Figua 3.7 Repueta del PI de Coiente de Magnetización paa un ecalón de 0(A) a 6,5(A). La figua 3.8 mueta la epueta obtenida del contol de la coiente de oto en eje d, cuando e aplica una efeencia de 0(A) a 3(A) a una velocidad de la máquina de 600(pm). Mienta la coiente de oto en eje q e mantiene con u efeencia en 0(A), e deci, no hay caga conectada al etato. 43

51 Capítulo III. Modelo Dinámico y Contol del Sitema. Figua 3.8 Repueta del PI de Coiente de Roto en eje d paa un ecalón de 0(A) a 3(A). En la figua 3.9 e apecian la epueta de lo lazo de contol de coiente de oto en eje d-q, fente a una efeencia de coiente de 0(A) a 6,5(A) impueta po la alida del PI del lazo de contol de la coiente de magnetización. Como ea de epea el lazo de contol de i d igue el valo de efeencia impueto po la alida del PI de i m, mienta que la efeencia paa i q e mantiene en 0(A), pué no hay caga conectada al etato ( i q =0(A)), luego la conigna que fueza la oientación del itema de efeencia cumple u objetivo. Amba epueta on batante buena conideando el gado de obeimpulo y el tiempo de etabilización, dejándoe obeva, ademá, cieto nivel de uido poveniente del witching de lo dipoitivo de potencia en lo inveoe. 44

52 Capítulo III. Modelo Dinámico y Contol del Sitema. Figua 3.9 Repueta de lo PI de Coiente de Roto egún efeencia de i m. 45

53 CAPÍTULO IV OBSERVADORES MRAS PARA CONTROL SENSORLESS

54 Capítulo IV. Obevadoe MRAS paa Contol Senole. 4.1 INTRODUCCIÓN El Geneado de Inducción de Doble Excitación (DFIG) o de Roto Bobinado ha llegado a e uno de lo pincipale geneadoe paa Sitema de Conveión de Enegía Eólica (WECS) de velocidad vaiable. Pincipalmente dado que lo conveoe de potencia etán en el cicuito de oto y, paa aplicacione de ango de velocidad limitado, la potencia de eto conveoe e olamente una facción de la potencia nominal de la máquina [7-8]. Paa el DFIG, la opeación Senole e deeada debido a que el uo de un eno encode de poición tiene vaia deventaja en témino de obutez, coto, cableado y mantenimiento. La continua búqueda po elimina el eno de velocidad del eje de la máquina in deteioa u deempeño dinámico en el itema de contol, ha llegado a deaolla método en lo cuale la velocidad de otación e obtiene po medio de un Sitema Adaptivo po Modelo de Refeencia má conocido como obevado MRAS. Ete capítulo peenta do equema de obevadoe MRAS etudiado en eta tei, paa el Contol Vectoial Senole de un DFIG de velocidad vaiable, que alimenta una caga ailada, en modo tand-alone. La opeación del DFIG in eno de velocidad equiee de la etimación de vaiable intena de la máquina, y e baa excluivamente en la medición en teminale de tenione y coiente. Lo itema MRAS hacen uo de la edundancia de do modelo que etiman la mima vaiable de etado obe la bae de difeente vaiable de entada [9]. Eto modelo e conocen como el Modelo de Refeencia y el Modelo Ajutable. El pime equema conite en un obevado MRAS, uado paa etima la velocidad y la poición del oto de un DFIG, po medio de la etimación del flujo de etato. El egundo equema también e un obevado MRAS, imila al anteio, peo que utiliza la coiente de oto en cada modelo paa la etimación de la velocidad de otación de la máquina. 47

55 Capítulo IV. Obevadoe MRAS paa Contol Senole. 4.2 OBSERVADOR MRAS BASADO EN EL FLUJO DE ESTATOR Un obevado de velocidad MRAS e uado paa etima la velocidad, y po ende la poición, del oto de un DFIG. Ete obevado etá baado en do modelo [10-11], un Modelo de Refeencia (o modelo de tenión) y un Modelo Ajutable (o modelo de coiente). En un itema etacionaio el modelo de tenión e uado paa obtene el flujo de etato como: ( v R i ) Ψ = dt (4.1) donde v e la tenión de etato e i e la coiente de etato. El flujo de etato también puede e calculado a pati de la coiente de etato y oto, la velocidad y la inductancia de la máquina. Uando un itema etacionaio, el flujo de etato e obtenido dede el modelo de coiente como: jωˆ t = Li Loi e (4.2) Ψˆ + donde ωˆ e una etimación de la velocidad otacional y la coiente i etá efeida al itema de oto. En el obevado MRAS, el flujo obtenido dede (4.1) e uado como el flujo de efeencia y el flujo calculado a tavé de (4.2) como el flujo etimado. Ajutando la velocidad otacional etimada, el eo ente el flujo de efeencia y el flujo etimado e educido. El eo en la poición del flujo de etato e el eultado del poducto cuz ente el vecto de flujo etimado y el vecto de flujo de etato eal medida, en coodenada ( α,β) e define como: ε = Ψˆ Ψ Ψ Ψˆ (4.3) α β α β La ecuacione (4.1), (4.2) y (4.3) e uan paa implementa el obevado de velocidad MRAS. El eo calculado uando (4.3) e llevado a ceo po medio de un contolado PI. La alida de ete contolado PI e la velocidad otacional etimada uada en (4.2). La implementación del obevado MRAS e motada en la figua 4.1. El modelo de tenión e uado paa obtene el flujo de etato Ψ uando un filto paabanda como un integado modificado paa bloquea la componente DC de la 48

56 Capítulo IV. Obevadoe MRAS paa Contol Senole. medicione de tenión y coiente. Ya que v e i etán a una fecuencia mucho má alta que la fecuencia de cote del filto, no hay deteioación de eta eñale po la acción integal. Figua 4.1 Obevado MRAS paa un DFIG, baado en la etimación de flujo de etato. Un modelo de pequeña eñal paa el obevado MRAS e deivado uando un itema de efeencia otando incónicamente en eje d-q. Aí el eo en coodenada d-q e: ε = Ψˆ Ψ Ψ Ψˆ (4.4) d q d q El modelo de pequeña eñal paa el eo e: ε = Ψ Ψˆ Ψ Ψˆ + Ψˆ Ψ Ψˆ Ψ (4.5) qo d do q do q qo d Paa ete modelo de pequeña eñal e aume que: Ψ = Ψˆ 0. qo qo = Ademá, ya que el itema de efeencia etá oientado en la diección del vecto de flujo de etato, etá dado po: Ψ d. Po lo tanto el modelo de pequeña eñal paa el eo ahoa ε = Ψ (4.6) do Ψˆ q 49

57 Capítulo IV. Obevadoe MRAS paa Contol Senole. Refeiendo (4.2) al itema que ota incónicamente e obtiene: Ψˆ dq j( ωˆ ω )t = Lidq + Loidqe (4.7) e deci, que el flujo en coodenada d-q deivado del modelo de coiente no e una eñal DC a meno que la velocidad etimada ea igual a la velocidad eal. Reemplazando θ = ( ωˆ ω )t en (4.7) e tiene: eo Ψˆ Ψˆ d q = L i d = L i q + L o + L o [ id co( θeo ) iq en( θeo )] i en( θ ) + i co( θ ) [ ] d eo q eo (4.8) De (4.8) una vaiación Ψˆ q e obtenida como: Ψˆ q Ψˆ q = θ eo (4.9) θ eo Uando (4.9) y aumiendo θeo 0 = 0, (e deci, en el punto de equilibio ω = ωˆ ), Ψˆ q e obtiene como: Ψˆ = L i θ (4.10) q o do Luego θ eo () e obtiene como igue: θ eo () ( ωˆ ω ) eo () ( ωˆ ω ) = θeo = (4.11) E aí como de (4.6), (4.10) y (4.11) e obtiene el modelo de pequeña eñal paa el obevado MRAS. El lazo de contol paa dieña el PI adaptivo con el modelo de pequeña eñal e mueta en la figua 4.2. Figua 4.2 Lazo de contol del modelo de pequeña eñal del MRAS con etimación de Ψ. PI. La figua 4.3 mueta un diagama del luga de la aíz, incluyendo el contolado 50

58 Capítulo IV. Obevadoe MRAS paa Contol Senole. Figua 4.3 Luga de la Raíz paa el itema de contol de la figua 4.2. Finalmente de la figua 4.2 y 4.3 e concluye que el ancho de banda del itema de pequeña eñal paa el obevado MRAS olamente etá limitado po conideacione de uido. En la figua 4.7 e mueta el obevado MRAS baado en la etimación del flujo de etato, incopoado al equema de contol vectoial. 51

59 Capítulo IV. Obevadoe MRAS paa Contol Senole. Figua 4.7 Equema de Contol Vectoial Senole, utilizando obevado MRAS baado en la etimación del flujo de etato. 52

60 Capítulo IV. Obevadoe MRAS paa Contol Senole. 4.3 OBSERVADOR MRAS BASADO EN LA CORRIENTE DE ROTOR Ete equema de obevado MRAS de velocidad, a difeencia del anteio, ua paa la etimación la infomación de la poición contenida en la coiente de oto. Paa ete obevado el modelo de efeencia e la coiente de oto eal medida po lo tanductoe de coiente, y el modelo ajutable e obtiene dede la coiente de oto y el flujo del etato como: Ψ ( Ψ L i ) = Li + Loi î = (4.12) Lo Refeiendo la coiente al itema de oto e tiene: î ( Ψ L i ) jωˆ t = (4.13) L o e donde ωˆ e la velocidad otacional etimada obtenida dede el obevado MRAS. El eo en coodenada ( α,β), ente la coiente eal medida y la coiente etimada dede (4.13), puede e ecito como: ε = î i i î (4.14) α β α β donde i e la coiente eal e î e la coiente etimada uando (4.13). Ajutando la velocidad otacional etimada el eo ε e llevado a ceo. El eo ε de (4.14) e el eultado del poducto cuz ente el vecto de la coiente de oto etimada y el vecto de la coiente de oto eal medida. El poducto cuz puede e calculado como igue: ( θ ) ε = î i = î i en (4.15) eo donde θ eo e el ángulo ente lo vectoe i e î. La figua 4.4 mueta un diagama faoial paa ete equema de obevado MRAS en un itema de coodenada d-q. El itema otatoio etá otando a la velocidad de delizamiento. El itema de contol vectoial etá oientado en la diección 53

61 Capítulo IV. Obevadoe MRAS paa Contol Senole. del vecto de flujo de etato, Ψ. Ya que la eitencia de etato e pequeña, el ángulo ente el fao de la tenión de caga y el eje q e pequeño. Figua 4.4 Diagama Faoial de Coiente en eje d-q paa el obevado MRAS. Si el obevado MRAS no igue a la velocidad otacional eal con ceo eo, entonce la coiente de oto etimada etá otando a ( ωˆ ) de oto eal o medida etá otando a ( ωˆ ) ω (ad/eg), y la coiente ω (ad/eg). La coiente de oto eal etá otando con epecto a la coiente de oto etimada a ( ωˆ ) θ eo puede e obtenido como: θ eo () ( ω ωˆ ) ω (ad/eg). Po lo tanto, = (4.16) Un modelo de pequeña eñal paa el etudio del eo, dado po (4.15), e puede obtene aumiendo que todo lo paámeto de la máquina etán coectamente identificado y que en el punto de equilibio î o = io y o ωo ωˆ =. El lazo de contol paa obtene el PI adaptivo con el modelo de pequeña eñal e el de la figua 4.5, y e obtiene a pati de: 54

62 Capítulo IV. Obevadoe MRAS paa Contol Senole. 2 ( ) θ ε( ) ( ω ωˆ ) ε = io co θeo0 eo = io (4.16) El lazo de contol paa el dieño del PI adaptivo paa el obevado MRAS e motado en la figua 4.5: 2 Figua 4.5 Lazo de contol del modelo de pequeña eñal del MRAS con etimación de i. El obevado MRAS baado en la etimación de coiente de oto no e muy dependiente de la coiente magnetizante de oto. Sin embago, a difeencia del obevado MRAS baado en la etimación de flujo de etato, la ganancia de lazo abieto del lazo de contol motado en la figua 4.5 tiene un amplio ango de vaiación (dependiente de la magnitud de la coiente de oto, i ). La figua 4.6 mueta la etuctua implementada del obevado MRAS con etimación de coiente de oto. La vaiación de la ganancia en lazo diecto e compena con bloque que contiene el inveo del cuadado de la coiente de oto. Figua 4.6 Obevado MRAS paa un DFIG, baado en la etimación de coiente de oto. 55

63 Capítulo IV. Obevadoe MRAS paa Contol Senole OPERACIÓN CATCHING ON THE FLY DEL OBSERVADOR MRAS E neceaio que un DFIG Senole ea capaz de obeva la velocidad otacional en cualquie intante de opeación [11], eto e conoce como catching on the fly o etimación de velocidad al vuelo. Un cao paticula lo contituye la convegencia inicial del cada uno de lo etimadoe de velocidad. Paa un obevado MRAS, el pocedimiento de obevación de velocidad al vuelo conidea la opeación del itema con contol ecala (V/f) de la magnitud de coiente de oto y con la caga en el etato deconectada. La tenión uminitada al oto de la máquina e demodulada uando la fecuencia de delizamiento etimada, la cual e calculada a pati de * ω (2πƒ =2π*50 (ad/eg)) y la velocidad etimada dede el obevado MRAS. Cabe eñala que dado que no e conoce la velocidad eal de la máquina el voltaje de oto que e debe aplica a la máquina duante la convegencia del obevado debe e tal que no poduzca obe coiente en la máquina. Duante el pocedimiento de obevación de velocidad al vuelo la fecuencia del etato no e igual a * ω ya que la velocidad etimada difiee de la velocidad eal. Po lo tanto el eo aboluto de la fecuencia de etato, epecto a la efeencia, puede e uado como un paámeto indicado paa la convegencia del obevado MRAS. Uando coodenada (, β) puede e etimada como [13]: α paa la tenión y el flujo de etato, la fecuencia eléctica ωˆ ( v R i ) Ψ ( v R i ) β β α α α Ψβ = (4.12) Ψ + Ψ 2 α 2 β Y el eo aboluto de la fecuencia de etato e obtenido como: ω,eo = ω ωˆ (4.13) * Un filto paabajo de pime oden e uado paa elimina el uido de alta fecuencia en ω, eo. Una vez que el obevado MRAS ha etimado la velocidad otacional coectamente e habilita el contol vectoial de la coiente de oto en eje 56

64 Capítulo IV. Obevadoe MRAS paa Contol Senole. d-q y de la coiente magnetizante. En eta tei el itema de contol vectoial e habilita cuando lo valoe filtado de ω, eo on menoe que 0,5Hz. En la figua 4.8 e mueta el obevado MRAS baado en la etimación de la coiente de oto, incopoado al equema de contol vectoial. 57

65 Capítulo IV. Obevadoe MRAS paa Contol Senole. Figua 4.8 Equema de Contol Vectoial Senole, utilizando obevado MRAS baado en la etimación de la coiente de oto. 58

66 CAPÍTULO V RESULTADOS EXPERIMENTALES

67 Capítulo V. Reultado Expeimentale. 5.1 INTRODUCCIÓN Con el objetivo de da validez a lo do equema de obevadoe MRAS de velocidad etudiado, en el peente capítulo e dan a conoce lo eultado expeimentale de ambo obevadoe en el itema de geneación de velocidad vaiable alimentando una caga ailada de la ed. El contol del itema expeimental e implementó uando un Geneado de Inducción Doblemente Alimentado de 2.5kW accionado po una Máquina de Inducción Roto Jaula de Adilla. El itema expeimental e el que e decibió en el Capítulo II. Se conectaon do inveoe PWM, uno al oto del geneado y oto al etato de la máquina motiz. El inveo PWM conectado al oto del geneado e contolado uando un PWM digital de 1KHz. Tanductoe de coiente y tenión e uaon paa medi la coiente y tenione de etato y oto en el geneado, epectivamente. Un encode de pulo po evolución e uado paa medi la velocidad otacional y el ángulo del oto. La velocidad del encode e utilizada olamente paa popóito de compaación. Lo eultado aquí peentado coeponden al compotamiento del itema bajo condicione de impacto de caga en el etato del geneado, eguimiento de velocidad del obevado MRAS, opeación Catching on the fly con activación automática del contol vectoial de coiente de oto en eje d-q y de la coiente magnetizante, eo en la etimación de la poición del oto, etc. 5.2 MRAS BASADO EN ESTIMACIÓN DE FLUJO DE ESTATOR OPERACIÓN CATCHING ON THE FLY La figua 5.1 mueta el deempeño del obevado MRAS baado en la etimación del flujo de etato, cuando e hace obevación de velocidad al vuelo (u opeación Catching on the fly), que mueta la caacteítica a la patida y la de convegencia del método. En 5.1a e puede ve la obevación de velocidad otacional 60

68 Capítulo V. Reultado Expeimentale. y en 5.1b el eo en la poición. La velocidad eal de la máquina e de 550(pm). El etimado convege en apoximadamente t=18(eg). Figua 5.1 Opeación Catching on the fly del obevado MRAS. a)velocidade eal y etimada, b)eo en la poición. La figua 5.2 mueta la fecuencia de etato etimada (figua 5.2a) y la coiente magnetizante, i m (figua 5.2b). El obevado MRAS ha convegido depué de t=18(eg). Sin embago, como e ua un filto paabajo en la etimación de fecuencia y el algoitmo utiliza la etimación de eta fecuencia filtada paa decidi el momento en que e ealiza el contol vectoial, el contol de coiente e habilita apoximadamente en t=24(eg), cuando el eo ente la fecuencia de etato de efeencia y la fecuencia etimada e de 0.5Hz. Eto e hace paa aegua que la etimación de velocidad etá etable ante de habilita el contol a lazo ceado. La coiente magnetizante e contolada con un ancho de banda de apoximadamente 1Hz, y la efeencia e de 6.5A al habilita el contol. 61

69 Capítulo V. Reultado Expeimentale. Figua 5.2 Opeación Catching on the fly del obevado MRAS y Contol Vectoial. a)fecuencia de etato, b)coiente de Magnetización. La figua 5.3 mueta el contol de la coiente en eje d-q paa la mima condicione de la figua 5.2. Cuando e habilita el contol vectoial el contol de coiente en eje q e llevado a ceo, de acuedo a la conigna que fueza la oientación Figua 5.3 Opeación Catching on the fly del obevado MRAS y Contol Vectoial. a)coiente de oto en eje d, b)coiente de oto en eje q. 62

70 Capítulo V. Reultado Expeimentale. del itema hacia la poición del vecto de flujo de etato bajo la condición de vacío (e deci, in caga en el etato). La coiente en eje d igue la efeencia impueta po la alida del contolado PI de coiente magnetizante. Lo lazo de contol de eta coiente tienen un ancho de banda de apoximadamente 70Hz SEGUIMIENTO DE VELOCIDAD Y POSICIÓN La figua 5.4a mueta la poición eal del oto y la poición etimada po el obevado MRAS, cuando la máquina gia a 630(pm), apoximadamente. Como puede obevae la etimación hecha po el obevado MRAS, e muy buena, y po ende exite una buena etimación y eguimiento de velocidad, como e puede apecia en la figua 5.5. La figua 5.4b mueta que el eo ente la poición eal medida po el encode y la poición etimada po el obevado MRAS puede conideae depeciable, pue vaía ente +0.5(Gado), cuando e etá en etado etacionaio giando a la velocidad incónica. Figua 5.4 a)poición eal y etimada a ω =630(pm) b)eo de Poición a velocidad incónica. 63

71 Capítulo V. Reultado Expeimentale. La figua 5.5 mueta el deempeño del obevado MRAS, baado en la etimación del flujo de etato, cuando e hace un eguimiento de velocidad. Paa eta pueba e hizo vaia la velocidad dede 650(pm) a 1350(pm), y luego dede 1350(pm) a 650(pm), en un ango de tiempo de 8(eg), apoximadamente (la velocidad incónica e de 1000(pm)). En la figua 5.5a y 5.5b e muetan la velocidad otacional eal, ω, y la velocidad otacional etimada, ωˆ. Lo eultado obtenido demuetan el buen deempeño de ete equema de obevado MRAS, pue el eo en la etimación e de +5(pm) apoximadamente. Figua 5.5 Seguimiento de velocidad con el obevado MRAS. a)dede 650(pm) a 1350(pm), b)dede 1350(pm) a 650(pm) IMPACTOS DE CARGA A continuación e peentan lo eultado obtenido cuando el itema e ometido a petubacione duante vaiacione de velocidad. Eta petubacione coeponden a impacto de caga eitiva (banco de 1.6KW, 24Ω po fae, conectado al etato del geneado). Dicha caga e conectada y deconectada duante aceno y deceno de velocidad a tavé de la velocidad incónica. 64

72 Capítulo V. Reultado Expeimentale. La figua 5.6 mueta el eguimiento de velocidad y el eo de velocidad. En la figua 5.6a e muetan la velocidad otacional eal y la velocidad otacional etimada po el obevado MRAS. La vaiación de velocidad va dede 650(pm) a 1350(pm), duante 8(eg) apoximadamente. El eguimiento de velocidad llevado a cabo po el obevado e muy eficiente, aún fente al impacto de caga aplicado que povoca olamente una pequeña obeocilación duante la conexión y deconexión de ete. La figua 5.6b confima una vez má el buen deempeño del obevado, motando que el eo de velocidad e pácticamente nulo. Lo efecto de la conexión y deconexión de la caga aumentan el eo de velocidad máximo a +20(pm) duante el taniente de caga. Figua 5.6 Obevado MRAS ometido a vaiacione de velocidad y petubacione. a)seguimiento de velocidad, b)eo de velocidad. La figua 5.7 mueta el compotamiento de la coiente magnetizante y la fecuencia de etato con el itema ometido a la condicione de la figua 5.6. La coiente magnetizante, en la figua 5.7a, tiene una epueta dinámica que e ve muy poco afectada cuando e poduce el impacto de caga, manteniéndoe etable (la coiente de efeencia e de 6.5A). La figua 5.7b coeponde a la fecuencia de 65

73 Capítulo V. Reultado Expeimentale. etato etimada, la cual tiene una dinámica muy buena fente a la petubación y a la vaiación de velocidad. Figua 5.7 Obevado MRAS ometido a vaiacione de velocidad y petubacione. a)coiente de Magnetización, b)fecuencia de Etato. La figua 5.8 mueta la coiente de etato y de oto en eje d-q. La coiente de etato en eje d-q, egún la figua 5.8a, muetan muy buen compotamiento fente al impacto de caga y como e de epeae la coiente de etato e ve eflejada olamente en la componente i q pue la influencia de v d e pequeña. La coiente de oto en eje d-q, en la figua 5.8b, muetan que la coiente en el eje d e mantiene contante egún u efeencia y muy poco afectada po la conexión y deconexión del impacto de caga. Lo mimo ocue con la coiente en el eje q, la cual eponde egún el equema de contol vectoial implementado, paa mantene la oientación del itema. 66

74 Capítulo V. Reultado Expeimentale. Figua 5.8 Obevado MRAS ometido a vaiacione de velocidad y petubacione. a)coiente de etato en eje d-q, b)coiente de oto en eje d-q. La figua 5.9a, decibe como e compota el itema de contol vectoial enole con obevado MRAS baado en la etimación de flujo de etato, cuando e hace un eguimiento de velocidad dede 1350(pm) a 650(pm) y ademá e le aplica un impacto de caga de 1.6KW apoximadamente. El eo de velocidad (figua 5.9b) demueta la obutez que un itema de eta caacteítica demanda, ya que e mantiene entono a 0(pm). El impacto de caga caua alguna ocilacione entono a la velocidad incónica. A la velocidad incónica el itema vuelve a etado etacionaio. En la figua 5.10 e muetan la coiente magnetizante y la fecuencia de etato etimada po de la ecuación (4.12), la cuale muetan una buena egulación fente a eta condicione de funcionamiento. 67

75 Capítulo V. Reultado Expeimentale. Figua 5.9 Obevado MRAS ometido a vaiacione de velocidad y petubacione. a)seguimiento de velocidad, b)eo de velocidad. Figua 5.10 Obevado MRAS ometido a vaiacione de velocidad y petubacione. a)coiente de Magnetización, b)fecuencia de etato. La coiente de etato y oto en coodena d-q, e muetan en la figua Amba figua, 5.11a y 5.11b, deciben una buena dinámica y epeentan fielmente el 68

76 Capítulo V. Reultado Expeimentale. compotamiento del itema cuando la condicione de vaiación de velocidad e impacto de caga e aplican. Figua 5.11 Obevado MRAS ometido a vaiacione de velocidad y petubacione. a)coiente de etato en eje d-q, b)coiente de oto en eje d-q. 5.3 MRAS BASADO EN ESTIMACIÓN DE CORRIENTE DE ROTOR OPERACIÓN CATCHING ON THE FLY La figua 5.12 mueta el compotamiento del obevado MRAS baado en la etimación de la coiente de oto, duante el poceo de obevación de convegencia del etimado o etimación al vuelo de la velocidad (Catching on the fly). En 5.12a e muetan la velocidad otacional eal y la velocidad otacional etimada, cuando la velocidad del geneado e de 550(pm). Paa ete cao e loga la convegencia del obevado MRAS, en apoximadamente t=17(eg), levemente má ápido que en el cao del obevado MRAS baado en la etimación de flujo de etato. Y en la figua 5.12b e puede ve el eo de poición, bajo la mima condicione de la figua 5.12a. Cuando e ha poducido la convegencia del obevado ete eo no vaía má allá de +1.0(Gado). 69

77 Capítulo V. Reultado Expeimentale. Figua 5.12 Opeación Catching on the fly del obevado MRAS. a)velocidade, eal y etimada, b)eo en la poición. La figua 5.13 mueta la etimación de la fecuencia de etato y el contol de la coiente magnetizante. En la figua 5.13a e obeva que la etimación de la fecuencia de etato también eulta e batante buena, con ete equema de obevado MRAS, convegiendo cuando el eo ente éta y la fecuencia de efeencia (50Hz) alcanza lo 0.5Hz, y bajo obevación al vuelo. Adicionalmente, en 5.13b apaece el contol de la coiente magnetizante, que e habilita en apoximadamente t=24(eg), luego de que e ha poducido la convegencia del obevado y éte ya e encuenta en etado etable. El lazo de contol de la coiente magnetizante mantiene la caacteítica en cuanto al ancho de banda e efiee y al valo de efeencia impueto. En la figua 5.14 e muetan la coiente de oto en eje d-q, cuyo lazo de contol on habilitado alededo de t=24(eg), depué de aegua la condición de etabilidad del obevado MRAS. El contol vectoial de la coiente de oto llevado a cabo denota epueta batante atifactoia. La coiente en eje d (figua 5.14a) igue la efeencia poveniente de la alida del PI de coiente magnetizante, y la coiente en eje q (figua 5.14b) e lleva a ceo paa mantene la conigna de 70

78 Capítulo V. Reultado Expeimentale. oientación del itema. El ancho de banda de lo contoladoe de coiente de oto en eje d y q, igue iendo de 70Hz apoximadamente. Figua 5.13 Opeación Fly-Catching del obevado MRAS y Contol Vectoial de i m. a)fecuencia de etato, b)coiente de Magnetización. Figua 5.14 Opeación Fly-Catching y Contol Vectoial de Coiente de Roto. a)coiente de oto en eje d, i d, b)coiente de oto en eje q, i q. 71

79 Capítulo V. Reultado Expeimentale SEGUIMIENTO DE VELOCIDAD Y POSICIÓN La figua 5.15 mueta la pueba de eguimiento de velocidad efectuada con ete modelo de obevado MRAS. Como puede apeciae el eo ente la velocidad otacional eal y la velocidad otacional etimada e muy leve, lo cual hace pena que la poición del oto etá iendo muy bien etimada po el obevado y que po lo tanto el eo ente la poición eal y la poición etimada debe e mínimo. Figua 5.15 Seguimiento de velocidad con el obevado MRAS. a)dede 650(pm) a 1350(pm), b)dede 1350(pm) a 650(pm). En la figua 5.16 e entegan eultado de poición eal y etimada (figua 5.16a) captuado con la máquina giando a 630 (pm), y de eo de poición cuando la máquina etá en etado etacionaio giando a la velocidad incónica (figua 5.16b). El eguimiento de la poición llevado a cabo po el obevado MRAS e batante bueno. El eo en la poición eulta como e epeaba, ente +1.0(Gado) como máximo, dando aí validez a lo eultado entegado en la figua 5.15 en cuanto a eguimiento de velocidad e efiee. 72

80 Capítulo V. Reultado Expeimentale. Figua 5.16 a)poición eal y etimada a ω =630(pm) b)eo de Poición a velocidad incónica IMPACTOS DE CARGA Paa obeva el funcionamiento del itema con el equema de obevado MRSA baado en la etimación de la coiente de oto, fente a vaiacione de velocidad y petubacione en un momento dado, e ometió ete a impacto de caga imilae a lo decito en la ección y bajo condicione imilae en cuanto a vaiacione de velocidad e efiee. En la figua 5.17a e peentan la epueta de velocidad otacional eal y velocidad otacional etimada, obtenida cuando en una vaiación de velocidad a tavé de la velocidad incónica, dede 650(pm) a 1350(pm), e poduce una petubación. En 5.17b, po ota pate, e mueta el eo de velocidad fente a eta condición cooboando el buen funcionamiento del itema. El itema demueta e muy obuto, ya que la petubación a la que e ometido no peenta mayoe complicacione en u deempeño. El eguimiento de velocidad e muy pecio, poduciéndoe un obeimpulo de +25(pm) apoximadamente duante la conexión y deconexión del banco eitivo. 73

81 Capítulo V. Reultado Expeimentale. Figua 5.17 Obevado MRAS ometido a vaiación de velocidad y petubacione. a)seguimiento de velocidad, b)eo de velocidad. La figua 5.18 mueta la epueta de la coiente magnetizante y de la fecuencia de etato etimada, cuando e poducen la conexión y deconexión de la caga en el etato del geneado. Figua 5.18 Obevado MRAS ometido a vaiación de velocidad y petubacione. a)coiente de Magnetización, b)fecuencia de etato etimada. 74

82 Capítulo V. Reultado Expeimentale. La epueta del contol de coiente magnetizante, en la figua 5.18a, e mueta etable duante la peencia de la petubación geneada. Lo mimo ucede con la etimación de la fecuencia de etato, y que ademá ólo e levemente afectada en lo intánte de conexión y deconexión de la caga. La figua 5.19 mueta la coiente de etato y oto en eje d-q. La figua 5.19a, mueta la coiente de etato. La componente de coiente en el eje q, i q, duante el momento en que la caga e encuenta conectada, alcanza a 5A apoximadamente. En la figua 5.19b e muetan la coiente de oto, y egún (3.21) i q e taduce en una coiente de oto multiplicada po el facto L L o lo que una vez má demueta que la oientación del itema e mantiene y que el contol vectoial eponde batante bien fente a ete tipo de condicione. Figua 5.19 Obevado MRAS ometido a vaiacione de velocidad y petubacione. a)coiente de etato en eje d-q, b)coiente de oto en eje d-q. En la figua 5.20a podemo apecia el eguimiento de velocidad del itema de contol vectoial enole cuando e poduce una vaiación de velocidad dede 75

83 Capítulo V. Reultado Expeimentale. 1350(pm) a 650(pm) y con un impacto de caga en medio de eta vaiación. La deaceleación delm itema e de apoximadamente 85(pm/eg). La figua 5.20b mueta el eo de velocidad fente a la condicione decita paa la figua 5.20a, confimando una vez má el buen compotamiento del itema cuando opea in eno de poición. Ete eo e mantiene en apoximadamente 0(pm) con alguna ocilación povocada po el tanitoio, duante la vaiación de la velocidad y ademá peenta una obeocilación cuando el impacto de caga e aplicado. Figua 5.20 Obevado MRAS ometido a vaiación de velocidad y petubacione. a)seguimiento de velocidad, b)eo de velocidad. La figua 5.21 mueta la coiente magnetizante y la fecuencia de etato etimada, cuando e poduce una vaiación de velocidad en deceno a tavé de la velocidad incónica. Amba epueta dinámica on atifactoia, pué eponden a la expectativa del equema de contol vectoial enole dieñado e implementado. 76

84 Capítulo V. Reultado Expeimentale. Figua 5.21 Obevado MRAS ometido a vaiación de velocidad y petubacione. a)coiente de Magnetización, b)fecuencia de etato etimada. La figua 5.22 finalmente peenta el deempeño de la coiente de etato y oto en eje d-q, paa el nuevo obevado MRAS implementado paa el contol vectoial enole del itema. Figua 5.22 Obevado MRAS ometido a vaiación de velocidad y petubacione. a)coiente de etato en eje d-q, b)coiente de oto en eje d-q. 77

85 Capítulo V. Reultado Expeimentale. Ota vez la dinámica de la coiente de etato e peenta muy de acuedo con el equema de contol vectoial peentado y que en condicione de caga efleja u compotamiento a tavé de la coiente en eje q (figua 5.22a). La coiente de oto en eje d-q peentan una egulación batante buena aún paa ete impacto de caga elativamente gande. 78

86 CAPÍTULO VI CONCLUSIONES

87 Capítulo VI. Concluione. Eta tei ha peentado equema de Contol Vectoial Senole paa Geneadoe de Inducción de Doble Excitación (DFIG) alimentado una caga ailada en la modalidad tand-alone, utilizando do tipo de obevadoe MRAS: uno baado en la etimación del flujo de etato y el oto baado en la etimación de la coiente de oto. El contol del DFIG e lleva a cabo utilizando técnica de contol vectoial con algoitmo de contol implementado en un Poceado Digital de Señale, DSP. El geneado e accionado po una Máquina de Inducción Roto Jaula de Adilla acoplada a u eje, y cuya velocidad e ajutada po el uuaio. La opeación del geneado con etategia enole ha ido veificada tanto en velocidad upeincónica, incónica y ubincónica El funcionamiento de la platafoma baada en un DSP, paa contola el itema moto-geneado, ha dejado enteve la gande ventaja que entegan ete tipo de poceadoe en la implementación de itema que tabajan en tiempo eal. También cabe ealta la impleza de u pogamación. El lenguaje C, utilizado paa el deaollo de ete tipo de algoitmo de contol e muy amitoo paa el uuaio y de fácil compenión. Junto con eto también pueden uae oto lenguaje de pogamación paa la ceación de inteface dede donde el uuaio pueda contola po teclado el itema, tal como e el cao de la intefaz dieñada en eta tei que utiliza Viual Baic. El itema de contol ha demotado e lo uficientemente obuto dede el punto de vita de la poteccione implementada. La modelación de la Máquina de Inducción de Roto Bobinado ha pemitido el dieño de lo lazo de contol de coiente en eje d-q y de coiente magnetizante, logándoe obtene paa ello funcione de tanfeencia de u planta deacoplada y lineale. La técnica de Contol Vectoial utilizada etá baada en la oientación indiecta del itema de efeencia d-q, hacia la poición del vecto de flujo de etato, el cual e obtenido a pati de la coiente y tenión de etato en eje d-q. La tenione de 80

88 Capítulo VI. Concluione. efeencia paa el PWM on demodulada uando el ángulo de delizamiento obtenido a pati de la etimación de velocidad, al igual que la tanfomacione de coiente de oto. Tanto el contol de coiente magnetizante, como de la coiente de oto han motado la dinámica epeada de acuedo a la caacteítica de dieño, aún exitiendo contaminación amónica geneada po lo inveoe, ya ea uando la poición del oto medida po el eno encode o la etimada po lo obevadoe MRAS implementado. El deempeño de ambo obevadoe MRAS en etado etacionaio y taniente ha ido veificado expeimentalmente tanto a velocidad incónica, ub y upe incónica, con impacto de caga, obevación de velocidad al vuelo o catching on the fly, y eguimiento de velocidad taniente, entegando excelente eultado. Paa evalua en má detalle la bondade de cada método e neceaio ealiza mayoe etudio que involucen el efecto de vaiación de paámeto en la etimación de velocidad y poición, y etudia la opeación del equema enole en itema conectado a una ed. Sin embago eto etá fuea del alcance de eta tei y coeponde a futua invetigacione que e pueden lleva a cabo en el itema implementado. Po último cabe eñala que el equema enole peentado en eta tei puede e utilizado en cualquie equema de geneación de velocidad vaiable, ya ea utilizando enegía altenativa, como la eólica, o en itema de geneación del tipo dieel de opeación a velocidad vaiable. 81

89 Refeencia. REFERENCIAS [1] Máquina de Inducción de Roto Bobinado, Diección en Intenet [2] Cate P. Jaime, CONTROL VECTORIAL DE UN GENERADOR DE INDUCCIÓN DE DOBLE EXCITACIÓN, Tabajo de Titulación peentado en confomidad a lo equiito paa obtene el Título de Ingenieo Civil en Electicidad, Univeidad de Magallane, Mazo [3] Apunte pdf, Voltage Tanpoe Data, Contol Solution Limited. [4] Hoowitz Paul, Hill Winfield and, NOISE REDUCTION TECHNICS IN ELECTRONICS SYSTEMS, John Wiley & Son, [5] Péez U. Macelo, CONTROL DE UN MOTOR DE INDUCCIÓN BASADO EN UN SISTEMA DSP, Tabajo de Titulación peentado en confomidad a lo equiito paa obtene el Título de Ingenieo Civil en Electicidad, Univeidad de Magallane, [6] Peña G. Rubén, VECTOR CONTROL STRATEGIES FOR A DOUBLY-FED INDUCTION GENERATOR DRIVEN BY A WIND TURBINE, Thei ubmitted to the Univeity of Nottingham fo the degee of Docto of Philoophy, Mach [7] Peña G. Rubén, Ahe Geg M., Clae Jon C., A DOUBLY-FED INDUCTION GENERATOR USING BACK TO BACK PWM CONVERTERS SUPPLYING AN ISOLATED LOAD FROM A VARIABLE SPEED WIND TURBINE, IEEE Poceeding pat B (Electic Powe and Application), pp , Septembe [8] Rabelo B., Hofman, W., CONTROL OF AN OPTIMIZED POWER FLOW IN WIND POWER PLANTS WITH DOUBLY-FED INDUCTION GENERATORS, Poceeding of Powe Electonic Specialit Confeence, PESC03, pp , June

90 Refeencia. [9] Holtz Joachim, METHODS FOR SPEED SENSORLESS CONTROL OF AC DRIVES, IEEE Pe Book, [10] C. Shaude, ADAPTIVE SPEED IDENTIFICATION FOR VECTOR CONTROL OF INDUCTIONS MOTORS WITHOUT ROTATIONAL TRANSDUCERS, IEEE Tanaction on Induty Application, Vol. 28, N. 5, pp , Octobe [11] Blaco-Gimenez R., Ahe G.M. and Summe M., DYNAMIC PERFORMANCE LIMITATIONS FOR MRAS BASED SENSORLESS INDUCTION MOTORS DRIVES, Pat 1: STABILITY ANALYSIS FOR THE CLOSED LOOP DRIVE, Poc. IEE Pat B, pp , Mach [12] L. Moel, H. Godfoid, A. Mizaian, J.M. Kauffmann, DOUBLY-FED INDUCTION MACHINE: CONVERTER OPTIMISATION AND FIELD ORIENTED CONTROL WITHOUT POSITION SENSOR, IEE Poc. Elect. Powe Appl. Vol 145, N. 4, pp , July [13] X. Xu, D. Novotony, IMPLEMENTATION OF DIRECT STATOR FLUX ORIENTATION CONTROL ON A VERSATILE DSP SYSTEM, Poceeding of the IEEE Tan. On Ind. Application, Vol 27, N. 4, pp , [14] Peña G. Rubén, Apunte Clae de Contol Vectoial, Univeidad de Magallane. [15] Apunte Contol Vectoial, Univeidad Técnica Fedeico Santa Maía. [16] Fitzgeald A. E., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, Quinta Edición. McGaw Hill. [17] Chapman Stephen J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, Tecea Edición. McGaw Hill. [18] N. Mohan, M.T.M. Undeland y W. Robbin, POWER ELECTRONICS: Convete Application and Deign, John Wiley & Son, Inc.. [19] Apunte pdf, Signalogic Inc., PC31 Hadwae Manual Rev [20] Chicao O. Juan C., CONTROL VECTORIAL SENSORLESS EMPLEANDO SISTEMA ADAPTIVO POR MODELO DE REFERENCIA, Tei de Titulación 83

91 Refeencia. peentada en confomidad a lo equiito paa obtene el Título de Ingenieo Civil en Electicidad, Univeidad de Magallane,

92 APÉNDICE A ECUACIONES DINÁMICAS Y TRANSFORMACIONES

93 Apéndice A. Ecuacione Dinámica y Tanfomacione. A.1 ECUACIONES DINÁMICAS DE UNA MÁQUINA DE INDUCCIÓN A.1.1 FLUJOS DE LA MÁQUINA Conideando el bobinado tifáico de etato de una máquina de inducción de do polo como lo mueta la figua A.1-a (el análii e geneal paa una máquina de p polo), la ditibución de flujo en el entehieo, tal como e mueta en la figua A.1-b. B g, de un pa de bobina de fae AA e Figua A.1: Diagama de una máquina de Inducción: a) Ditibución de bobina en el etato, b) Ditibución de Flujo en el entehieo. El flujo enlazado po la bobina AA, Ψ a, e: Ψ a π 2 ( θ) ldθ = N a B d = N a B -π g (A-1) 2 Ete flujo enlazado e fíicamente una cantidad ecala. Si eto e epeenta en un diagama vectoial en la diección de la máxima denidad de flujo en el entehieo, entonce e obtiene que el flujo enlazado po la bobina AA puede e epeentado po un númeo complejo o vecto, Ψ = j0 a + j0 Ψae, como e apecia en la Figua A.2-a. Paa la bobina BB y CC deplazada po 120º y 240º, lo flujo enlazado Ψ, Ψ a b 2π j 3 on epeentado po be A.2-b y figua A.2-c. ce 4π j 3 Ψ y Ψ, epectivamente, como e mueta en la figua 87

94 Apéndice A. Ecuacione Dinámica y Tanfomacione. Figua A.2: Diagama de flujo en una máquina de Inducción: a) Flujo Ψ a, b) Flujo Ψ b, c) Flujo Ψ c. De eta foma el flujo eultante puede e obtenido como: a b j 2π 3 c j 4π 3 Ψ ( t ) = Ψ ( t ) + Ψ ( t )e + Ψ ( t ) e (A-2) La ecuación (A-2) e epeenta al vecto de flujo de etato. Si la coiente, () t Ψ () t e educe a i a, i b () t e () t i c on equilibada y enoidale, entonce jωet Ψ e, donde ω e e la fecuencia de excitación. Conideando la inductancia popia po fae, L y eecibiendo, Ψ = L i, a a Ψ b = Lib, c Lic Ψ =, entonce (A-2) e tanfoma en: j j 3 3 Ψ = + 2π + 4π ( t ) L ia( t ) ib( t )e ic( t ) e (A-3) y () t Ψ ( t ) = L i (A-4) i ( t ) e el vecto de coiente de etato. Conideando ahoa que la coiente y el flujo on epeentado po vectoe y que el flujo e poducido po un gupo de te bobina, entonce e poible poduci un pa de bobina equivalente deplazada 90º que puedan e capace de poduci el mimo flujo y en la mima diección. 88

95 Apéndice A. Ecuacione Dinámica y Tanfomacione. Ete gupo atificial de do bobina, denominada α y β, on el equivalente al itema de te bobina. Aí entonce e puede defini: Ψ ( t ) = Ψ + jψ (A-5) α β i ( t ) = i + ji (A-6) α β Aí i α e i β on el equivalente de do coiente aplicada al itema epacial fijo de do bobina, paa alcanza el mimo flujo que poduce la coiente tifáica aplicada a la te bobina. El equivalente bifáico de la coiente intantánea tifáica puede e encontado evaluando la pate imaginaia y eal en (A-3). i i α β 1 ( t ) = ia( t ) ib 2 ( t ) = 3 2 i ( t ) b 1 ( t ) ic( t 2 3 ic( t ) 2 ) (A-7) Entonce dede la ecuación (A-4) e puede defini: Ψ Ψ α β = L i α = L i β (A-8) El vecto de flujo, Ψ ( t ), iempe e mueve de foma elativa con epecto al oto, donde la coiente de oto poducen un flujo, Ψ ( t ). Duante opeación en etado etacionaio, Ψ ( t ) ota elativamente con epecto al oto a la velocidad angula de delizamiento, ω l = ωe ω. Duante la opeación en etado taniente, l ω, ω e y ω no on contante y la velocidad angula de ( t ), elativa al etato, etá Ψ fuea de inconimo. Al igual que en el cao del vecto de flujo de etato, e poible cea un gupo de do bobina de oto que poduzcan el flujo total, Ψ ( t ). De eta manea e define: ( iα + jiβ ) L i Ψ = L = (A-9) 89

96 Apéndice A. Ecuacione Dinámica y Tanfomacione. intantánea, De eta foma ahoa exiten do bobina en el oto que otan con una velocidad ω con epecto a la bobina α y β de etato. La figua A.3 mueta un diagama en que e epeenta eta afimación. Figua A.3: Equema de la bobina, αβ, de etato y oto. La poición intantánea del itema de oto αβ elativo al itema de etato αβ, e denotada po ε donde dε ω = y ε = ωt + εo (paa una Máquina de Inducción Jaula dt de Adilla, ε o = 0 ). A.1.2 TENSIONES DE LA MÁQUINA La tenión en el pa de bobina de etato paa cualquie intante e: v v α β = R i α = R i β d + Ψ dt d + Ψ dt α β (A-10) Intoduciendo el vecto de tenión de etato, v : ( Ψ ) d v = R i + (A-11) dt Donde R e la eitencia de la bobina de etato αβ. El vecto v eta elacionado con la tenión tifáica de etato po: a b j 2π 3 c j 4π 3 v = v + v e + v e (A-12) 90

97 Apéndice A. Ecuacione Dinámica y Tanfomacione. Paa el cao del oto: ( Ψ ) d v = R i + (A-13) dt Intoduciendo en (A-4) y en (A-9) el flujo mutuo poducido po la influencia del flujo de etato obe el de oto y vicevea, obtenemo la expeione paa el flujo total enlazado po la bobina de oto y etato como: Ψ + jε = L i Lm ie (A-14) Ψ jε = L i + Lm ie (A-15) Sutituyendo (A-14) y (A-15) en (A-11) y (A-13) obtenemo: v v jε ( i e ) di d = R i + L Lm (A-16) dt dt + - jε ( i e ) di d = R i + L Lm (A-17) dt dt + Incopoando ahoa un itema de efeencia otatoio d-q, tal como el que mueta la figua A.4, y que gia a la velocidad incónica, ω e, e tiene: Figua A.4: Diagama de lo Sitema de Refeencia αβ y dq. ' v jγ = ve (A-18) ' i jγ = ie (A-19) 91

98 Apéndice A. Ecuacione Dinámica y Tanfomacione. ' v ( γ-ε ) j = ve (A-20) ' i ( γ-ε ) j = ie (A-21) Multiplicando la ecuación (A-16) po jγ e, e tiene: v e jγ d dt d jε jγ ( i ) + L ( i e ) e jγ jγ = R ie + Le m (A-22) dt Uando el hecho que: Y como: Entonce: d dt Ademá e tiene que: d dt jγ d jγ jγ d jγ d jγ d ( i e ) i ( e ) + e ( i ) = i e ( jγ) + e ( i ) = (A-23) dt dt dt dt e jγ d dt d dt ( jγ) = jωe (A-24) d jγ jγ ( i ) ( i e ) + jω i e = (A-25) dt j( γ ε) jγ d jε jε jγ d jγ d jγ d ( i e ) e ( i e ) + i e e ( jγ) = i e ( jγ) + e ( i ) = (A-26) dt dt dt dt e jγ Sutituyendo (A-25) y (A-27) en (A-22): d dt jε d j( γ ε) j( γ ε ) ( i e ) ( i e ) + jω i e = (A-27) dt v e jγ d dt jγ jγ d j( γ ε ) j( γ ε ) ( i e ) + jω L i e + L ( i e ) + jω L i e jγ = R ie + L m m (A-28) dt Empleando la ecuacione (A-18) a (A-21), e tiene: d (' i ) + jω L' i + Lm (' i ) jω Lm' i d ' v = R' i + L + (A-29) dt dt De igual modo, multiplicando la ecuación (A-17) po e j ( γ ε ), e tiene: v e j d d = R ie + L i e + Lm ie e (A-30) dt dt ( γ-ε ) j( γ-ε ) j( γ-ε ) jε j( γ-ε ) ( ) ( ) Como: 92

99 Apéndice A. Ecuacione Dinámica y Tanfomacione. d dt j( γ-ε ) j( γ-ε ) d j( ε ) d ( i e ) = e ( i ) + i e γ- j( γ ε) dt dt ( ) (A-31) y d dt ( j( γ ε) ) = jωl (A-32) entonce: e j ( γ-ε ) d d j( γ-ε ) j( γ-ε ) ( i ) ( i e ) + jω i e dt = l (A-33) dt Ademá: d dt jγ d j( γ-ε ) jε j( γ-ε ) d jε jε j( ε ) d ( i e ) = ( i e e ) = e ( i e ) + i e e γ- j( γ ε) dt dt dt ( ) (A-34) e j d ie dt Sutituyendo (A31) y (A-32) en (A-30), e tiene: v e j ( γ-ε ) j( γ-ε ) j( γ-ε ) d = ie + jωl ie (A-35) dt ( γ-ε ) jε jγ jε ( ) ( ) j( γ-ε ) d jγ jγ ( i e ) + jω L i e + L ( i e ) + jω L i e d = R ie + L l m l m (A-36) dt dt Empleando la ecuacione (A-18) a (A-21), e tiene: d (' i ) + jωl L' i + Lm (' i ) jωl Lm' i d ' v = R' i + L + (A-37) dt dt De igual modo paa lo flujo, multiplicando (A-14) po jγ e, e tiene: Ψ e jγ ( γ ε ) jγ j = L ie + Lm ie (A-38) ' Ψ = L ' i + L ' i (A-39) m Multiplicando (A-15) po e j ( γ ε ), e tiene: ' Ψ = L ' i + L ' i (A-40) m De eta manea empleando el hecho de que: jγ ' v = ve = vd + jv q (A-41) 93

100 Apéndice A. Ecuacione Dinámica y Tanfomacione. y de que eta elación e cumple igual paa la tenión de oto, coiente de etato y coiente de oto, podemo expea la ecuacione dinámica paa la Máquina de Inducción en un itema de efeencia otatoio dq, como: v d ( R + L) id ω Liq + Lmid ω Lmiq = (A-42) q d ( R + L) iq + ω Lmid Lmiq v = ω L i + + (A-43) v d m d l m q ( R + L ) id ωl Liq = L i ω L i + (A-44) q l m d m q l d ( R L ) i q v = ω L i + L i + ω L i + + (A-45) Paa el cao de lo flujo empleamo la elacione: jγ ' Ψ = Ψe = Ψd + jψ q (A-46) ( γ-ε ) j ' Ψ = Ψe = Ψd + jψ q (A-47) Aí la elacione de flujo de etato y oto en eje dq on: Ψ = L i + L i (A-48) d d m d Ψ = L i + L i (A-49) q q m q Ψ = L i + L i (A-50) d m d d Ψ = L i + L i (A-51) q m q q A.1.3 TORQUE DE LA MÁQUINA El toque en una bobina etá dado po T = IΨen( θ), donde θ e el ángulo ente el flujo Ψ y el eje de la bobina. Si e expea la coiente como un vecto y e conidea θ como el ángulo ente lo do vectoe I y Ψ, entonce: I Ψ co I Ψ en Donde * denota el complejo conjugado. * ( θ) = Im{ IΨ } ( θ) = Re{ IΨ * } Si I epeenta a i y Ψ a jε L i e m (el único flujo exteno que enlaza la bobina de etato), entonce el toque puede ecibie como: 94

101 Apéndice A. Ecuacione Dinámica y Tanfomacione. T m jε { ( ) } * ie = L Im i (A-52) Sin embago eta expeión aún eta incompleta, pue e neceaio tene peente que el ángulo θ etá en adiane mecánico y ε en adiane eléctico, po lo que e neceaio multiplica po p/2, donde p e el númeo de pae de polo. Ademá exite una contante K debido a la tanfomación ente el itema tifáico y el bifáico, ya que no exite conevación de enegía. Aí la expeión final paa el toque e: jε { ( ) } * ie p T = K LmIm i (A-53) 2 A.2 TRANSFORMACIÓN DE LOS SISTEMAS DE REFERENCIA La Tanfomacione paa paa dede el Sitema de efeencia etacionaio tifáico, abc al itema de efeencia etacionaio bifáico, αβ on: Paa la tenione: v v α β = = 3 2 3v v bc ab v bc Y paa la coiente: i i α β = = 3 i 2 a 3 2 ( i i ) b c Paa paa dede el Sitema de efeencia, αβ al itema de efeencia otatoio dq, la tanfomacione utilizada on: Paa la tenione (y coiente): v v d q 1 = k 1 = k ( v co( θ) + v en( θ) ) α ( v co( θ) + v en( θ) ) β β α 95

102 Apéndice A. Ecuacione Dinámica y Tanfomacione. donde θ, e la poición angula del itema de efeencia. El facto de ecala k e intoducido paa que la vaiable dq etén en ecala de amplitud con la cantidade RMS po fae. De eta foma: Paa la tenione: 3 k = 2 2, paa conexión en delta. 3 k = 6, paa conexión en etella. 2 Paa la coiente: 3 k = 2 3 k = 2 2, paa conexión en etella. 6, paa conexión en delta. 96

103 APÉNDICE B MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO (PWM)

104 Apéndice B. Modulación po Ancho de Pulo PWM. B.1 MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO (PWM) La modulación po ancho de pulo (Pule Width Modulated) e el poceo mediante el cual e modifica el ancho de una ecuencia de pulo, en popoción diecta a una eñal de contol; cuanto má gande ea la tenión de contol, má amplio eán lo ancho de pulo eultante. Con el fin de poduci una eñal enoidal a una fecuencia deeada, el PWM e geneado al compaa una eñal tiangula de fecuencia f, genealmente contante, con una eñal de contol enoidal de fecuencia f 1 ( f 1, e también denominada fecuencia modulante). La fecuencia f etablece la fecuencia con que lo dipoitivo emiconductoe, en ete cao tanitoe, on conmutado ( f, e denomina también fecuencia de la potadoa). La eñal de contol e utiliza paa modula la elación de cambio de lo ancho de lo pulo. La elación exitente ente la amplitud de cada eñal e denomina elación de modulación de amplitud, y e define como: V contol m a = (B-1) Vtiangula Donde V contol e la amplitud máxima de la tenión modulante y V tiangula la amplitud de la eñal tiangula que e genealmente mantenida contante. También m a e denomina índice de modulación y e denota po m. La elación de modulación de fecuencia e define como: f m f = (B-2) f1 Donde f e la fecuencia de la eñal tiangula y f 1 e la fecuencia de la eñal modulante. Eta elación también e deigna implemente po p. La figua B.1 mueta la elación ente la amplitud de la fundamental de alida del PWM ( V Ao ) 1 y el índice de modulación, m a ; donde V d e la tenión en el enlace DC. 98

105 Apéndice B. Modulación po Ancho de Pulo PWM. Cuando m a <1.0, é eta opeando en una ango lineal de PWM; al exiti una elación m a >1.0 é eta en peencia de una obemodulación y lo pulo on cada vez má ancho, poduciéndoe el fenómeno conocido como Pule Dopping, llegando a fomae una onda cuadada paa un m a >3.24, como puede obevae en la figua B.2. Figua B.1: Vaiación de la Relación de modulación, m a. Lo amónico geneado po el PWM apaecen como banda lateale, alededo de m y u múltiplo ( m f f,2m f,3m f, etc.), iempe que e mantenga en el ango lineal de m a. Teóicamente la fecuencia amónica pueden indicae como: h ( jm f k) f 1 f = ± (B-3) donde f h e la fecuencia amónica de oden h coepondiente a la k-éima banda lateal de la j-éima elación de modulación tanto dado po: m f. El oden de la amónica h etá, po lo h = jm f ± k (B-4) 99

106 Apéndice B. Modulación po Ancho de Pulo PWM. Donde la fecuencia fundamental coeponde a h=1. Paa valoe impae de j, lo amónico exiten ólo paa valoe pae de k. Paa valoe pae de j, lo amónico exiten únicamente paa valoe impae de k. En la tabla B.1 e muetan lo amónico nomalizado en función de la elación m a, uponiendo m f >9. Figua B.2: PWM: a) en el ango lineal; (b) Sobemodulación; (c) Onda Cuadada; (d) Onda cuadada con m =8. a h \ m a , (fundamental) m f m f m f m f m f m f m f m f m f m f m f m f m f m f Tabla B.1: Amónico genealizado paa la tenión poducida po un PWM. 100

107 Apéndice B. Modulación po Ancho de Pulo PWM. B.1.1 PWM SÍNCRONO Un PWM e íncono cuando la elación de modulación de fecuencia m f e un valo enteo (múltiplo de 3 paa el cao de tifáico). Ejemplo f =15, 21, 36, 60 * f 1. La azón paa la utilización de ete PWM e que no exiten ubamónico de la fecuencia fundamental. Lo amónico geneado po ete PWM e pueden obeva en la figua B.3a. B.1.2 PWM ASÍNCRONO El PWM aíncono e obtiene al tene un m f que no e enteo. Ete PWM genea ubamónico de la fecuencia fundamental. Puede e uado cuando la fecuencia de la onda tiangula e coneva contante y la fecuencia de V contol vaía. Sin embago, i e alimenta una caga, tal como un moto AC, lo ubamónico en la fecuencia ceo o ceca de ceo, aunque pequeño en amplitud, eultaán en coiente gande altamente indeeable. El epecto amónico paa ete PWM e mueta en la figua B.3b. Figua B.3: Epecto amónico geneado: (a) PWM Síncono; (b) PWM Aíncono. 101

108 Apéndice B. Modulación po Ancho de Pulo PWM. Ademá de ello, exiten foma de genea el PWM, ya ea íncono o aíncono, eto puede hacee mediante: 1.- Mueteo Natual (Natual Sampling), 2.- Mueteo Regula Simético (Symmetic Regula Sampling), 3.- Mueteo Regula Aimético (Aymmetic Regula Sampling); ente ota. B.1.3 MUESTREO NATURAL E el cao má imple, e utiliza cuando la implementación e analógica, y conite en la imple compaación de una onda tiangula y una enoidal mediante el uo de compaadoe. Ete tipo de geneación de PWM e iluta en la figua B.4. Figua B.4: Foma de onda paa un PWM con Mueteo Natual (Natual Sampling). Puede demotae que el tiempo de duación del pulo t p e: t ma t p = t2 t1 = 1 + ( en( ωt1 ) + en( ωt2 )) 2 (B-5) 2 Debido a que lo tiempo t 1 y t 2 no on poible de calcula en tiempo eal, e que no e puede implementa ete método en un micopoceado. 102

109 Apéndice B. Modulación po Ancho de Pulo PWM. B.1.4 MUESTREO REGULAR SIMÉTRICO Ete método e utilizado cuando la implementación e digital, con micopoceado; y de allí u nombe de Mueteo Regula, ya que el mueteo de la eñal modulante e ealiza de foma egula cada t y el pulo eultante e imético a t. La figua B.5 mueta la foma de onda de una fae paa un PWM de mueteo 2 egula imético (egula ampling ymmetic PWM). Figua B.5: Foma de onda paa un PWM con Mueteo Regula Simético (Symmetic Regula Sampling). De la figua B.5, e puede demota que: t = = m + a t p t3 t2 1 ( en( ωt1 )) 2 (B-6) 2 t t t p = (B-7) Depué de cada inteupción e calcula t 2 =tiempo de tanición y t p = tiempo paa la iguiente tanición. 103

110 Apéndice B. Modulación po Ancho de Pulo PWM. B.1.5 MUESTREO REGULAR ASIMÉTRICO Ete método e imila al anteio. Su tiempo de mueteo e de 2 t, y el pulo no e imético epecto de 2 t. Peenta un mejo contenido amónico que el mueteo imético paa una mima fecuencia potadoa, po el hecho de que muetea cada 2 t y po lo tanto la eñal modulante e má apoximada que en el cao del mueteo imético. La figua B.6 mueta la foma de onda paa una fae de ete tipo de PWM. Figua B.6: Foma de onda paa un PWM con Mueteo Regula Aincónico (Aymmetic Regula Sampling). De la figua B.6 e puede demota que: t k t 4 [ 1 m en ( ωt )] = a k (B-8) t = [ 1 m en ( ωt )] (B-9) 4 t k a k + 1 Donde t k y t k + 1 on lo tiempo a la iguiente tanicione, coepondiente a lo intante de mueteo k y k+1 epectivamente 104

111 Apéndice B. Modulación po Ancho de Pulo PWM. B.2 IMPLEMENTACIÓN DIGITAL DE PWM La foma de ealiza un PWM en foma digital en el peente tabajo, depué de habe calculado lo tiempo po un poceado digital de eñale, DSP, e lleva a cabo apovechando la caacteítica de un flip-flop tipo T, que cambia de etado en lo flanco de ubida de la eñal de eloj. Mediante un contado e cambia la eñal de eloj pemitiendo la conmutación del flip-flop, geneando el ancho del pulo. Eto e puede apecia má claamente en la figua B.7. Lo tiempo on calculado po el poceado y luego on cagado en el contado. Figua B.7: Pulo del contado y alida del flip-flop. Lo tiempo t 1 y t 2 on lo finale de la cuenta del contado y en donde e poducen lo flanco de ubida povocando el cambio de etado del flip-flop. El tiempo t p e el comienzo del conteo. 105

112 APÉNDICE C GENERADORES DE ENERGÍA ELÉCTRICA

113 Apéndice C. Geneadoe de Enegía Eléctica. C.1 GENERADORES DE ENERGÍA ELÉCTRICA El geneado eléctico e un componente muy impotante en equipo de geneación eléctica ya que e quien uminita la enegía eléctica a una caga tan fomandola en enegía mecánica en el eje del geneado. Sin luga a duda exiten en la actualidad difeente tipo de máquina eléctica eta conveión de enegía. En geneal eta máquina eléctica e pueden claifica en te tipo de geneadoe eléctico otatoio: Geneadoe de Coiente Altena, Geneadoe de Inducción de Coiente Altena y Geneadoe de Coiente Contínua [3,4]. Lo geneadoe incónico on lo de mayo utilización debido a u itema de excitación, en cambio, lo geneadoe de coiente contínua han ido eemplazado cai completo po geneadoe de coiente altena (o de inducción) y ectificadoe etático de ilicio [5]. C.1.1 GENERADORES DC O DE CORRIENTE CONTÍNUA La caacteítica pincipal de ete tipo de geneado e que e imple de contola compaado con la máquina de coiente altena o CA. Adicionalmente u eficiencia e buena. También pueden uae conveoe DC/AC de línea conmutada elativamente baato paa conectalo a la ed de alimentación tifáica. Sin embago, eto conveoe aboben potencia eactiva dede la ed de alimentación e inyectan amónico en el itema. Eto e puede evita uando conveoe de conmutación fozada peo e piede la ventaja compaativa de la electónica de potencia, que e má baata. El alto coto de la máquina y la neceidad del mantenimiento limitan el uo de eta máquina. Lo Geneadoe DC no poeen difeencia eal con el Moto DC, excepto po u flujo de potencia. Exiten 5 Tipo de geneadoe DC, claificado de acuedo con la manea de poduci u flujo de campo: 107

114 Apéndice C. Geneadoe de Enegía Eléctica. 1. Geneado de Excitación Sepaada. En un geneado de excitación epaada, el flujo de campo e obtiene de una fuente de potencia epaada del geneado en í mimo. 2. Geneado en Deivación. En un geneado en deivación, el flujo de campo e obtiene conectando el cicuito de campo diectamente a tavé de lo teminale del geneado. 3. Geneado Seie. En un geneado eie, el flujo de campo e poduce conectando el cicuito de campo en eie con el inducido del geneado. 4. Geneado Compueto Acumulativo. En un geneado compueto acumulativo etán peente tanto un campo en deivación como un campo en eie, y u efecto on aditivo. 5. Geneado Compueto Difeencial. En un geneado compueto difeencial etán peente tanto un campo en deivación como un campo eie, peo u efecto e etan. Eto tipo de geneadoe DC difieen en u caacteítica en teminale (tenión-coiente) y, po tanto, en la aplicacione paa la cuale on adecuado. Figua C.1: Cicuito equivalente implificado de un Geneado DC, en que R F combina la eitencia de la bobina de campo y del contol vaiable. 108

115 Apéndice C. Geneadoe de Enegía Eléctica. C.1.2 GENERADOR SINCRÓNICO Eta máquina e ua en nivele de alta potencia. Su eficiencia e mejo que cualquie oto geneado, epecialmente en alta potencia. El coto de la máquina y el mantenimiento on mayoe, en compaación con la máquina de inducción oto jaula de adilla. Pueden empleae conveoe imple de bajo coto peo con lo uuale poblema de ditoión en la coiente. Un Geneado Sincónico genea tenión tifáica AC valiéndoe de un oto devanado y te devanado en el etato de la máquina (defaado 120º eléctico). El devanado de oto e alimentado po una coiente DC, la cual poduce un campo magnético. El oto del geneado e hace gia mediante un moto pimaio (oto moto eléctico, una tubina, moto dieel, etc.) y poduce un campo magnético otacional dento de la máquina. Ete campo magnético otacional induce tenión en lo devanado del etato. En eencia, el oto de un geneado incónico e un gan electoimán. Lo Geneadoe Sincónico on po definición incónico, lo cual ignifica que la fecuencia eléctica poducida etá entelazada o inconizada con la velocidad de otación del geneado. La elación ente la velocidad de gio de lo campo magnético de la máquina y la fecuencia eléctica del etato e expea mediante la ecuación (C- 1): n P f = m e (C-1) 120 donde: f e = fecuencia eléctica en Hz. n m = velocidad mecánica del campo magnético en /min (igual a la velocidad del oto paa la máquina incónica). P = númeo de polo. La tenión intena geneada E A e diectamente popocional al flujo y la velocidad, peo el flujo en í depende de la coiente que fluye en el cicuito de campo 109

116 Apéndice C. Geneadoe de Enegía Eléctica. del oto, e deci, E A eta diectamente elacionada con la coiente del oto. Ademá eta tenión no e la tenión que apaece en lo teminale del geneado. En efecto, la única vez en la cual la tenión intena E A e la mima que la tenión de alida V φ de una fae e cuando no fluye coiente de amadua I A en la máquina. De eta manea la tenión de una de la fae del geneado eta dada po la ecuación (C-2): V φ = E jx I (C-2) A A Ademá de lo efecto de la eacción del inducido, lo devanado del etato poeen una autoinductancia y una eitencia. Eto efecto de la máquina on epeentado po eactancia, y e cotumbe combinala en una ola llamada eactancia incónica de la máquina. El cicuito equivalente po fae de ete geneado e mueta en la figua C.2. Figua C.2: Cicuito Equivalente po fae de un Geneado Sincónico Tifáico. C.1.3 GENERADOR DE INDUCCIÓN Una máquina de inducción poee fíicamente el mimo etato que una máquina incónica, peo la contucción del oto e difeente. En efecto, exiten do tipo difeente de otoe que pueden diponee dento del etato de la máquina de inducción. Uno de ello e llama oto jaula de adilla y el oto oto devanado. 110

117 Apéndice C. Geneadoe de Enegía Eléctica. 1. Máquina de Roto Jaula de Adilla. La caacteítica pincipal de eta máquina e que e baata, obuta y el coto de mantenimiento e mínimo. Eta máquina encuenta aplicación en nivele de baja y media potencia. Su deventaja pincipal e el coto de lo conveoe y la neceidad de excitación de la máquina. Si e uan conveoe conmutado en línea, entonce en el etato de la máquina deben conectae condenadoe en paalelo con la línea. Ete poblema puede upeae uando conveoe de conmutación fozada. 2. Máquina de Roto Devanado. Su ventaja pincipal e que el valo de potencia del conveo e ólo una facción de la potencia de la máquina, la facción depende del ango de velocidad de funcionamiento del geneado. La deventaja pincipal de ete itema e el coto del geneado (compaado con la máquina de inducción de oto jaula de adilla). Al contaio de la máquina de oto jaula de adilla en éta máquina e equiee de algún mantenimiento. La mayoía de lo equema que uan ete geneado utilizan una intefaz de electónica de potencia conectada ente el oto y el etato paa implementa equema Schebiu y Kame etático. También exite la poibilidad de agega eitencia al oto paa modifica la caacteítica Toque veu Velocidad. Aunque no e imponen amónico a la ed el equema e batante ineficiente pueto que la potencia de delizamiento e totalmente diipada en la eitencia. Un alto nivel de potencia en eta máquina puede e una competencia eia a ota máquina CA paa aplicacione de velocidad vaiable dónde el ango de velocidad e limitado. Si bien e cieto, la aplicación de la máquina de inducción e ealiza fecuentemente como moto, u uo como geneado hoy en día e hace má exteno, debido a u implicidad y equeimiento mínimo de mantenimiento. 111

118 Apéndice C. Geneadoe de Enegía Eléctica. En eencia, la opeación de la máquina de inducción e idéntica a la de lo devanado de amotiguación en la máquina incónica. Cuando e excita mediante una fuente tifáica altena balanceada poduce un campo magnético en el entehieo que gia a la velocidad incónica deteminada po la ecuación (C-3): 120 f n = e SINC P (C-3) Sin embago, la velocidad con la que gia el oto ( n m ) e difeente a la velocidad incónica, exitiendo lo que e denomina delizamiento definido como: n SINC m = (C-4) n n SINC La máquina de inducción tabaja induciendo tenione y coiente, ya ea dede el etato al oto o vicevea, dependiendo i e de oto jaula de adilla o de oto bobinado y de la conexión de ete último, e po ello que la máquina de inducción puede e compaa con un tanfomado peo donde una de lo devanado tiene la opción de ota. Sin embago, a difeencia del tanfomado la fecuencia ecundaia no e neceaiamente la mima que la pimaia. Si el oto de una máquina de inducción etá bloqueado, tal que no puede movee, el oto tendá la mima fecuencia del etato. Po el contaio i el oto gia a velocidad incónica, la fecuencia que apaezca en la tenión inducida eá ceo. De eta manea la elación que exite ente la fecuencia del etato y la fecuencia del oto e: f = f e (C-5) El cicuito equivalente de la máquina de inducción e poible deducilo a pati del cicuito equivalente de un tanfomado. La figua C.3a y la figua C.3b muetan el cicuito equivalente de un tanfomado, po fae, el cual epeenta la opeación de una máquina de inducción. La cuva de la fueza magnetomotiz conta el flujo (cuva de magnetización) paa eta máquina e compaada a una cuva imila peo de un tanfomado de potencia, en la figua C.4 y en donde e apecia que la pendiente de 112

119 Apéndice C. Geneadoe de Enegía Eléctica. la cuva de magnetización de una máquina de inducción e mucho meno ponunciada que la cuva de un buen tanfomado. Figua C.3: Modelo Tanfomado de una máquina de inducción, como moto, con el etato y el oto conectado po una tanfomado ideal de elación de vuelta a eff : a) Roto Devanado, b) Roto Jaula de Adilla. Figua C.4: Cuva de magnetización de una máquina de inducción compaada con la de un tanfomado. 113

120 Apéndice C. Geneadoe de Enegía Eléctica. Si e aplica una tenión a la bobina del etato, e induce una tenión en el oto de la máquina. En geneal, cuanto mayo ea el movimiento elativo ente lo campo magnético del oto y del etato, mayo eá la tenión eultante en el oto y la fecuencia del oto. El mayo movimiento elativo ocue cuando el oto e encuenta detenido, e deci con oto bloqueado. En eta condición e induce la máxima tenión y la máxima fecuencia del oto. La mínima tenión y mínima fecuencia ocuen cuando el oto e mueve a la mima velocidad que el campo magnético del etato, cao en que no hay movimiento elativo. La magnitud y fecuencia de la tenión inducida en el oto a cualquie velocidad ente eto extemo on diectamente popocionale al delizamiento del oto. Entonce, i la magnitud de la tenión inducida del oto en condicione de oto bloqueado e E Ro, la magnitud de la tenión inducida paa cualquie delizamiento eá: E R = E Ro (C-6) y la fecuencia de la tenión inducida paa cualquie valo de delizamiento etaá dada po la ecuación (C-7). La inductancia de una máquina de inducción depende de la inductancia del oto y de la fecuencia de la tenión y la coiente del oto. Si la inductancia del oto e la eactancia del oto eá: L R, X = ω L = 2πf L (C-7) R R R R R Sutituyendo la ecuación (C-5) en (C-7) e tiene: X = 2πf L = X (C-8) R e R Ro donde X Ro e la eactancia del oto en etado bloqueado. La eitencia del oto R R e contante, independiente del delizamiento. Aí el cicuito equivalente eultante del oto e mueta en la figua C.5. La tenión del oto V R e ceo paa el cao de oto jaula de adilla. 114

121 Apéndice C. Geneadoe de Enegía Eléctica. Figua C.5: Cicuito Modelo del Roto de una máquina de inducción. Paa completa el cicuito equivalente po fae de la máquina de inducción, e neceaio efei al lado del etato o del oto, egún ea la conveniencia, al lado coepondiente. De eta manea la figua C.6a mueta el cicuito equivalente de la máquina de inducción efeido al lado del etato y la figua C.6b el cicuito equivalente de la máquina de inducción efeido al lado del oto, ambo coeponden a una máquina de inducción oto devanado, en cao de e una máquina de inducción oto jaula de adilla la tenión V R e ceo. Figua 2.6: Cicuito Equivalente de una máquina de inducción: a) efeido al lado del etato, b) efeido al lado del oto. 115

122 APÉNDICE D LA TARJETA PC31 Y EL DSP TMS320C31

123 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. D.1 INTRODUCCIÓN En la actualidad, lo dipoitivo povito de una o vaia CPU (Unidade Centale de Poceamiento) petenecen al gupo de lo micocontoladoe, micopoceadoe y poceadoe DSP y todo ello e caacteizan po e capace de ejecuta pogama ubicado en una memoia. Un poceado DSP (Poceado Digital de Señale) e un poceado que poee una CPU de gan potencia y que etá pepaado paa el tatamiento digital de eñale en tiempo eal y paa la ealización del mayo númeo de opeacione aitmética en punto flotante en el meno tiempo poible. Lo poceadoe DSP on imilae a oto micopoceadoe y micocontoladoe que e encuentan en el mecado con la alvedad de que u cicuiteía intena ha ido optimizada paa la ealización de funcione tale como el filtado, la coelación, el análii epectal, etc., de una eñal de entada al itema. La ventaja de la utilización de un micocontolado epecto a un micopoceado o un micopoceado DSP povienen, obe todo, del aumento de la fiabilidad que ofece el itema de contol, ya que el micocontolado neceita un educido númeo de componente exteno paa obtene el poducto final. Actualmente, la fontea ente micocontolado, micopoceado y DSP cada vez etá má delgada. E fácil enconta en el mecado micopoceadoe y poceadoe digitale de eñal que incopoan memoia y peiféico inteno y micocontoladoe con CPU tan potente como lo de un DSP. A vece, la difeencia ente ello e nula y llamalo micocontolado, micopoceado o DSP e conviete má en una cuetión de maketing. Inicialmente, lo poceadoe DSP diponían de un mecado educido (ólo e empleaban en itema que equeían una elevada potencia de cálculo, como ocue en intumentación electónica de peciión, ocilocopio digitale, etc.) aunque, con la evolución y expanión elacionada con la telecomunicacione, eta tendencia ha cambiado claamente. 117

124 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. Podemo deci entonce que un DSP e un poceado oientado al tatamiento de eñale digitale y a la ealización de cálculo a alta velocidad. Eto poceadoe e caacteizan po tene aquitectua epeciale, oientada al hadwae paa la ealización de lo cálculo que paa oto tipo de micopoceadoe e implementan vía oftwae, mediante la ejecución ecuencial de vaia intuccione. El hadwae de la CPU de ete tipo de poceadoe digitale e mucho má complejo que el de oto micopoceadoe o micocontoladoe. La pincipal difeencia de lo poceadoe DSP y oto poceadoe modeno, e que lo pimeo e dieñan paa e ecalable, e deci, e dieñan paa pode opea en paalelo con oto dipoitivo imilae. Paa ello, e le añaden peiféico de contol y bloqueo de pogama (como línea de entada-alida que pueden bloquea la ejecución de cieta intuccione i e encuentan a un deteminado valo) y peiféico de entada-alida de alta velocidad (como pueto eiale íncono) que pemiten la conexión encilla de vaio poceadoe DSP paa aplicacione con multipoceadoe. La aplicacione baada en poceadoe DSP on cada día mayoe en númeo. Actualmente cuben pácticamente todo lo campo de la indutia (telecomunicacione, contol, intumentación, análii de imagen y voz, automóvil, medicina). Eto hace que lo fabicante invetiguen nueva aquitectua, y obe todo, compiladoe má inteligente y mejoe heamienta de deaollo y depuación. 118

125 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. D.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA FAMILIA TMS320C3X Hoy en día, alguno de lo poceadoe DSP de meno coto en el mecado petenecen a la familia TMS320 de Texa Intument. Eto poceadoe DSP ofecen un elevado nivel de integación de dipoitivo o peiféico inteno. Eta última caacteítica diminuye, conideablemente, el hadwae aociado del itema mejoando u fiabilidad, Texa Intument tiene do etuctua difeente de poceadoe DSP: Poceadoe DSP paa aplicación epecífica de tipo SISC (con et de intuccione epecífico), po ejemplo, aquello que e dedican a funcione de Contetado Automático, a telefonía móvil, etc. Poceadoe DSP pogamable o de popóito geneal de tipo CISC (con et de intuccione complejo), dieñado paa uminita al uuaio una elevada flexibilidad paa el deaollo de aplicacione epecífica. Figua D.1 Familia de DSP' Texa Intument. En la figua D.1 e muetan la difeente familia de poceadoe DSP, de aplicación geneal, del fabicante Texa Intument. Se ditingue ente poceadoe DSP que diponen de poceamiento en punto fijo y lo que diponen de poceamiento en punto flotante. 119

126 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. Poeen una aquitectua cláica de tipo Havad (intenamente ofece bue de dato y dieccione independiente). La etuctua intena de la CPU de ete DSP, le pemite, en pincipio, ealiza, imultáneamente y en un único ciclo de máquina, opeacione de multiplicación y uma, aí como opeacione con enteo o flotante de coma vaiable. Lo acceo al exteio e ealizan, in embago, utilizando una aquitectua micopoceadoa de tipo Von-Neumann (elección y acceo a lo dato e intuccione po lo mimo bue de diección y dato). Ademá eta familia de poceadoe DSP dipone de una eie de peiféico inteno: Memoia intena: Memoia RAM (do bloque de 1Kw cada uno) y ROM (4Kw de tipo OTP-pogamable una única vez po el fabicante). El tiempo de acceo a eto peiféico e de un ciclo máquina. Peiféico de memoia caché de pogama. El tiempo de acceo a eto peiféico e de un ciclo máquina. El uuaio lo emplea, po ejemplo, paa diminui lo acceo a intuccione ubicada en memoia extena, con tiempo de acceo má elevado que lo que tienen la intuccione que e ubican en memoia intena (de tipo RAM o ROM). Peiféico DMA inteno. Pueto eiale con potocolo íncono. Do pueto eiale diponible en el TMS320C30, únicamente uno en el TMS320C31 y TMS320C32. Do peiféico tempoizadoe pogamable de 32 bit (Time). Peiféico de contol y getión de inteupcione que hace ete poceo tanpaente a la CPU. Peiféico de contol de acceo a memoia. Eto peiféico e encagan de getiona lo acceo a poicione de memoia ubicada en el inteio o exteio del integado. El acceo al exteio e ealiza mediante do bue independiente ente í (paa el cao del TMS320C30), el bu pincipal y el de 120

127 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. expanión, cada uno fomado po un bu de dato, oto de dieccione y, finalmente, un bu de contol. En definitiva, la caacteítica de paalelimo en opeacione, la gan cantidad de memoia intena, la unidad de punto flotante, el contolado DMA inteno y lo peiféico tempoizadoe, pemite u empleo en itema capace de implementa ofiticado algoitmo matemático en tiempo eal. El poceado DSP má completo de la familia e el TMS320C30. Poteiomente apaecieon lo poceadoe DSP TMS320C31, TMS320C32 y TMS320C33 que on veione educida en hadwae inteno en compaación con el TMS320C30. D.3 ESTRUCTURA INTERNA DE LA FAMILIA TMS320C3X La familia de DSP TMS320C3X incopoa una aquitectua intena cláica de tipo Havad (intenamente ofece bue de dato y dieccione independiente que pemiten inditintamente el acceo a memoia de pogama y dato). La etuctua intena de la CPU de ete DSP le pemite ealiza imultáneamente y en un único ciclo de máquina, opeacione de multiplicación y uma, aí como opeacione con enteo o flotante de punto flotante. Lo acceo al exteio e ealizan utilizando una aquitectua de tipo Von-Neumann (elección de acceo a lo dato e intuccione po el mimo bu de dato y diección), etuctua epeentada con diagama de bloque en la figua D

128 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. Figua D.2 Diagama de bloque de la etuctua inetna del TMS320C31. La CPU dipone de una eie de egito inteno, R0 - R7, egito que hacen la vece de egito acumuladoe de popóito geneal. Su función e la de e opeando de la difeente opeacione aitmética que e ealizan en la CPU. Junto con eto apaecen oto egito en la CPU y e emplean como opeando de una unidade aitmética auxiliae. El bu de dato de ete itema micopoceado e de 32 bit con un bu de dieccione de 24 bit que pemite una capacidad de dieccionamiento total del dipoitivo de 16 Mw. Se obeva, ademá, que eta familia de DSP dipone de una eie de peiféico inteno: Memoia intena. Memoia RAM (do bloque de 1kw cada uno) y ROM (4kw de tipo OTP - pogamable una única vez po el fabicante). El tiempo de acceo de eto peiféico e de un ciclo de máquina. Peiféico de memoia caché de pogama. El tiempo de acceo de eto peiféico e de un ciclo de máquina. EL uuaio lo emplea, po ejemplo, paa diminui lo acceo a intuccione ubicada en memoia extena, con tiempo 122

129 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. má elevado que lo que tienen la intuccione que e ubican en memoia intena (de tipo RAM o ROM). Peiféico DMA inteno. Pueto eiale con potocolo íncono. Do pueto eiale diponible en el TMS320C30, únicamente uno en el TMS320C31 y TMS320C32. Do peiféico tempoizadoe pogamable de 32 bit (Time). Peiféico de contol y getión de inteupcione de hace ete poceo tanpaente a la CPU. Peiféico de contol de acceo a memoia. Eto peiféico e encagan de getiona lo acceo a poicione de memoia ubicada en el inteio o exteio del integado. El acceo al exteio e ealiza mediante do bue independiente ente í (paa el cao del TMS320C30), el bu pincipal y el de expanión, cada uno fomado po un bu de dato, oto de dieccione y, finalmente, un bu de contol. Se puede contola el acceo al exteio del dipoitivo po medio de do canale, independiente ente í, cada uno con u potocolo, u tiempo caacteítico, etc. La veione TMS320C31, TMS320C32 y TMS320C33 únicamente diponen del bu pincipal paa getiona lo acceo al exteio. La familia DSP TMS320C3X, mediante una unidad multiacumuladoa (MAC), puede i pepaando la póxima intucción a ejecuta mienta pocea do o má dato, en el ciclo de eloj (etuctua intena del tipo Havad). El TMS320C31 con veione de 40, 50, 60 y 80 MHz báicamente e una veión económica del TMS320C30. Dipone de un pogama denominado autocaga o Boot-Loade en la ROM intena de 4Kw. 123

130 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. D.3.1 ORGANIZACIÓN DE LA MEMORIA El epacio total de memoia que e capaz de diecciona la familia TMS320C3X de Texa Intument, e de 16Mw (16 millone de palaba) de 32 bit. Dento de ete epacio que e capaz de diecciona el poceado e incluyen la zona de memoia intena da la que dipone el itema (memoia RAM intena, memoia ROM intena y egito de configuación de peiféico inteno). En la figua D.3, e muetan lo bue y la etuctua de acceo a la memoia de itema. Figua D.3 Acceo a memoia: bue del itema. El itema dipone de do conjunto de línea paa el acceo al exteio, el denominado BUS PRINCIPAL (fomado po un bu de dato de 32 bit, un bu de dieccione de 24 bit y un bu de contol de 5 bit) y el BUS DE EXPANSIÓN (fomado po un bu de dato de 32 bit, un bu de dieccione de 13 bit y un bu de contol de 4 bit). En la figua D.4 e muetan lo mapa de memoia del TMS320C30 y TMS320C31. Se obeva que cada poceado DSP tiene do poible mapa de memoia. La difeencia etá en la poibilidad de acceo o no a la ROM intena del itema. La foma 124

131 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. de elecciona uno u oto mapa de memoia etá en coloca en alto o bajo el pin MCLP/MP* de entada del DSP. Hay que nota que el TMS320C31 no dipone de bu de expanión, que en el mapa de memoia no hay zona aignada al bu de expanión y que la ROM intena e del tipo OTP (viene pogamada de fábica) conteniendo un pogama denominado Boot-Loade. Figua D.4 Mapa de memoia del TMS320C30 y TMS320C31. Uno de lo detalle a detaca e la difeencia ente el modo micocomputado y el modo micopoceado. MICROPROCESADOR: El itema aanca autovectoizando dede la poición H, que debe coincidi en ete cao con dipoitivo exteno de memoia dipueto (uteado y colocado en el mapa de memoia del itema micopoceado) y pogamado po el uuaio. 125

132 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. MICROCOMPUTADOR: El itema aanca autovectoizando dede la poición H, que en ete cao coincide con la ROM intena del itema. Paa el TMS320C31 el cao e difeente, la ROM intena ya etá pogamada de fábica (incopoa un pogama denominado Boot Loade) y no e poible u epogamación (ROM del tipo OTP). D.3.2 PERIFÉRICOS INTERNOS DE LA FAMILIA DSP TMS320C3X En la familia TMS320C3x de Texa Intument lo peiféico inteno que exiten etán dento del cicuito integado de ilicio de la CPU. El acceo a ete tipo de peiféico no pecia de lo bue exteno ni de lo egito de contol de lo mimo. Lo peiféico funcionan de foma autónoma e independiente de la CPU del poceado. Cada peiféico dipone de un cieto númeo de egito que etán ubicado en el mapa de memoia del poceado, lo que ocuiía con cualquie peiféico exteno. De eta foma cuando el uuaio deea configua y utiliza alguno de eto peiféico ólo tiene que ecibi o lee en lo egito aociado al peiféico en cuetión. El diagama de bloque de lo ditinto peiféico paa el poceado DSP TMS320C31 e entega en la figua D

133 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. Figua D.5 Diagama de bloque de peifeico inteno. D TIMERS INTERNOS TIM_0 Y TIM_1 Un time e un peiféico que e baa en un egito contado, que iempe que e encuenta habilitado, e va incementando con lo pulo de alguna eñal (eñal de eloj) hata que alcanza el valo de oto egito, denominado egito de peíodo. Cuando el egito contado alcanzó el egito de peiodo el peiféico time activa una línea de alida, paa indica el fin de un poceo de cuenta, e inicializa el egito contado a ceo (comienza un nuevo poceo de cuenta). La familia TMS320C3X dipone de do Time inteno. Cada time dipone de un egito contado y un egito de peíodo (indicativo del fin de cuenta), ambo de 32 bit. Ademá de lo do egito anteioe el time dipone de un egito de contol y configuación, que ive paa pogama u modo de funcionamiento. El peiféico Time tiene aignado un pin del poceado denominado TCLK. La eñal de eloj que emplean lo tempoizadoe del poceado paa incementa u egito contado, e configuable po el uuaio y puede e intena o extena. El pin 127

134 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. TCLK del poceado tiene vaia funcione altenativa (pogamable po el uuaio) y puede evi como eñal de eloj de entada al peiféico Time, como eñal de alida del peiféico Time, indicando el final del poceo de cuenta, o e puede ua como línea de entada de popóito geneal como XF0 o XF1. En la figua D.6 e obeva el equema báico de cada peiféico Time del DSP. Figua D.6 Diagama de bloque del time. El Time iempe genea, como eñal de fin de cuenta, un evento en la bandea TSTAT - bit 11 del egito de contol -. Se pueden configua do tipo de evento o modo de geneación de la eñal de fin de cuenta del Time, modo pulo o modo eloj. MODO PULSO. Cada vez que el egito contado alcanza al egito peíodo e genea un pulo de activación de la eñal TSTAT. La eñal TSTAT eta nomalmente en ceo y cuando e igualan lo egito de peíodo y contado e coloca en uno duante un tiempo igual al ciclo de máquina (H1). En el cao patícula en que e pogame en el egito de peíodo el valo ceo, la alida del peiféico Time eá un valo fijo (TSTAT=1). 128

135 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. MODO RELOJ. En ete cao, cuando lo egito de peíodo y contado del Time ean iguale, cambia el valo del bit TSTAT. El tiempo de activación de la eñal TSTAT coincide con el valo del egito de peíodo que coincide con el tiempo de deactivación de la eñal. La foma de onda de TSTAT e análoga a la de un eloj. En el cao de pogama en el egito de peíodo el valo ceo, el Time emplea iempe la fuente de eloj intena y la fecuencia de la eñal TSTAT e iempe f H1 /2, definiendo f H1 como la fecuencia del eloj inteno. En la figua D.7 e muetan lo difeente ejemplo de geneación de la eñal TSTAT (con fuente de eloj intena). Figua D.7 Geneación del pulo de fin de cuenta. Cada vez que el egito contado alcanza al egito de peíodo, el Time ealiza una petición de inteupción a la CPU y el egito contado paa al valo ceo. Eta petición de inteupción puede genea un evento de inteupción aociado a la CPU (uptua de la ecuencia nomal de ejecución del pogama y ejecución de la utina de evicio de la inteupción aociada al Time) y puede evi paa inconiza evento del tipo DMA. 129

136 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. Cada Time poee te egito de 32 bit ubicado en una zona del mapa de memoia del DSP, eto egito on: REGISTRO GLOBAL DE CONTROL Y CONFIGURACIÓN REGISTRO CONTADOR REGISTRO DE PERÍODO En la figua D.8 y figua D.9 e mueta la poición en el mapa de memoia de eto egito y el egito de configuación global del Time epectivamente, ademá en la tabla D.1 e explica en detalle la funcione de cada bit del egito global del Time. Figua D.8 Mapa de memoia del peiféico time. Figua D.9 Regito global de configuacion del peiféico time. BIT NOMBRE VALOR FUNCIÓN RESET 0 FUNC 0 Contola el modo de funcionamiento de TCLK. Si FUNC=0, TCLK e una línea de entada o alida de popóito geneal, independiente del peiféico. Si FUNC=1 e emplea el pin TCLK como línea del peiféico. 130

137 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. 1 I*/O 0 Si FUNC=0 entonce TCLK e una línea de entada o alida de popóito geneal, en ee cao, i I*/O=0, TCLK e una línea de entada de popóito geneal mienta que i I*/O=1, TCLK e una línea de alida de popóito geneal. 2 DATAOUT 0 El uuaio impone, po oftwae, el valo del pin TCLK, cuando e encuenta configuado como alida de popóito geneal, accediendo en lectua a ete bit. 3 DATAIN X El uuaio lee, po oftwae, el valo en el pin TCLK, cuando e encuenta configuado como entada de popóito geneal, accediendo en la lectua a ete bit. 4-5 RESERVADO 0-0 Se lee iempe un ceo. 6 GO 0 Reinicializa el egito contado del Time. Cuando GO=1 y el Time e encuenta en etado de paada el contado e pone a ceo. El iguiente flanco de ubida del eloj empleado como entada al Time ive paa incementa el contado y paa pone a ceo el bit GO. GO=0 no tiene efecto obe el etado o funcionamiento del Time. 7 HDL* 0 Señal de pemanencia de paada del Time. Cuando HLD*=0 e impide el incemento del egito contado que mantiene el valo que tenia ante de que e activae HLD*. Si el pin TCLK e impueto po el peiféico Time, mantiene también u valo contante a pati de la activación de la eñal de paada. El divio inteno po 2 de H1 e detiene. Cuando HLD*=1, el contado igue po donde iba. Lo egito del Time e pueden lee y ecibi mienta el peiféico eté detenido. La eñal de RESET tiene pioidad obe HLD*. 8 C/P* 0 Contol de la foma de onda del TSTAT: modo pulo o modo eloj. C/P*=1 elecciona el modo eloj. C/P*=0 elecciona el modo pulo. 9 CLKSRC 0 Epecifica la fuente del eloj de entada al Time. CLKSCR=1 indica el uo del eloj inteno de fecuencia f H1 /2. CLKSRC=0 indica el uo del eloj exteno, de fecuencia pogamable que iempe debe e meno que f H1 /2.6 (el eloj inteno e inconiza y latchea intenamente limitándoe u fecuencia máxima a valoe etictamente menoe de f H1 /2) 10 INV 0 Bit de contol de la pueta o excluiva integada. 11 TSTAT 0 Indica el etado del peiféico Time. Ete bit activa el bit de petición de inteupción a la CPU (egito IF) aociado al peiféico tempoizado RESERVADO 0-0 Se lee iempe un ceo. Tabla D.1 Bit coepondiente al egito global de contol del time. 131

138 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. Lo difeente modo de opeación diponible paa el Time inteno del poceado hacen efeencia a la difeente configuacione que e pueden defini a pati de la etuctua intena del popio Time. Lo difeente modo de opeación e definen mediante la difeente bandea CLKSRC y FUNC del egito global de contol del Time, exiten cuato modo de opeación aociado al Time del poceado. Modo a: CLKSRC=1 y FUNC=0. La fuente de eloj de time e intena (f H1 / 2). La línea TCLK e emplea como pueto digital de entada o alida de popóito geneal y no como línea aociada al peiféico Time. Si en el egito global de contol e pogama la bandea I*/O=0, TCLK funciona como entada de popóito geneal y u valo puede e leído po oftwae, po el contaio i la bandea I*/O=1, el pin TCLK funciona como alida de popóito geneal con lo que e impone un valo lógico al pin TCLK. Modo b: CLKSRC=1 y FUNC=1. La fuente de eloj de time e intena (f H1 / 2). TCLK e utiliza como línea aociada al peiféico Time. A tavé del bit DATIN el uuaio puede lee po oftwae el valo de TCLK. Modo c: CLKSRC=0 y FUNC=0. El egito de cuenta utiliza, paa u incemento, como entada la línea TCLK. Si I*/O=0, TCLK e configua como entada al DSP. Si I*/O=1, TCLK e configua como alida del DSP. Modo d: CLKSRC=0 y FUNC=1. Ete cao e puede conidea como uno patícula del Modo c en donde TCLK e define como línea de entada al DSP. La fuente de eloj de entada del peiféico Time e la línea TCLK. Si la bandea INV=0, en cada flanco de 132

139 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. ubida de TCLK el egito de cuenta e incementa. El valo de TCLK puede e leído po oftwae. Paa ua cualquie peiféico inteno del poceado DSP, pimeo e neceaio configualo. La configuación debe ealizae egún indicacione del fabicante, manteniendo inactivo el peiféico. D PUERTOS SERIALES SÍNCRONOS Un pueto eie o eial e un peiféico que tanfiee bit a bit dato digitale. Lo pueto eiale pueden e de do tipo, egún u potocolo, íncono o aíncono. La difeencia ente ambo etá en la utilización o no-utilización de una línea difeente paa la tanfeencia de la eñal de eloj. En el cao de lo peiféico eiale con potocolo íncono la eñal de eloj e utiliza paa valida el peíodo de tanfeencia de cada bit. La familia TMS320C3X dipone de peiféico inteno dedicado a la tanmiión eial íncona de dato digitale, (do en el C30 y uno en el C31 y C32) con un ancho configuable a 8, 16, 24 ó 32 bit. Cada pueto eial etá compueto de do pate independiente ente í, una dedicada a la ecepción de dato y ota dedicada a la tanmiión de dato. En el pueto eial bidieccional, la tanmiión y ecepción de dato puede poducie en foma imultánea e independiente. El potocolo eial íncono que utiliza Texa Intument en u DSP conidea te línea paa tanmiión de dato y te línea paa ecepción de dato. FSX, DX y CLKX on línea aignada paa la tanmiión de dato y FSR, DR y CLKR paa la ecepción de dato. Como en el cao del peiféico Time eta línea funcionan en foma altenativa configuándoe paa tanfeencia eial de dato o como línea de entada o alida de popóito geneal. 133

140 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. Paa la tanfeencia de bit e emplean la línea DX (bit de tanmiión) y DR (bit de ecepción). El eloj e emplea paa la inconización de la tanfeencia de dato, la eñal CLKX eta elacionada con el eloj bae paa la tanmiión de dato y CLKR etá elacionada con el eloj bae paa la ecepción de dato. La eñal que indica el comienzo de la tanfeencia de dato eta aociada con la línea FSX, eñal que indica el comienzo de la tanmiión de dato, y FSR que indica el comienzo de la ecepción de dato. Exiten do poceo paa una tanfeencia eial íncona de dato, ecepción y tanmiión. Tanmiión de dato: Se ecibe po oftwae en el egito DXR. El peiféico talada el contenido de DXR en XSR, y con un etao mínimo de do ciclo del eloj bae de tanmiión, e inicia la tanfeencia del dato geneándoe el evento FSX. Cuando e almacena DXR en XSR, el bit XRDY e pone en 1 indicando que el buffe eta libe paa admiti oto dato. El dato e tanmite bit a bit, odenado de MSB a LSB, po la línea DX del DSP con un potocolo íncono (el bit e tanmite y cambia en lo flanco de ubida del eloj bae de tanmiión). Como e tiene do egito paa la tanmiión de dato e dice que el pueto eial dipone de Doble Buffe en tanmiión. Recepción de dato: El peiféico eie ecibe una eñal del evento FSR que inicia la ecepción de dato. El dato llega bit a bit odenado de MSB a LSB, po la línea DR. El bit e lee en cada flanco de ubida del eloj bae de ecepción, y confome llegan lo bit e van almacenando con deplazamiento hacia la izquieda en el egito RSR. Cuando llega el dato en todo el ancho epecificado en la configuación del peiféico, el contenido del egito RSR e talada al egito DRR y el RRDY 134

141 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. e pone en 1 indicando que el buffe DRR tiene un dato lito paa e leído po oftwae. Si en ee momento no e lee el egito DRR y iguen llegando nuevo dato, ecogido po RSR, el último dato que llega e piede. Cuando DRR e accedido en lectua RRDY e deactiva, cambia a 0, pemitiendo la ecogida de nuevo dato. El pueto eie po dipone de do egito paa la ecepción de dato e dice que dipone de Doble Buffe de ecepción. Cada pueto eial poee ocho egito de 32 bit, ubicado en una zona deteminada del mapa de memoia que puede e accedida po oftwae en lectua y ecitua, ve figua D.10. REGISTRO DE CONTROL GLOBAL DEL PERIFÉRICO REGISTRO DE CONTROL FSX, DX Y CLKX REGISTRO DE CONTROL FSR, DR Y CLKR REGISTRO DE CONTROL DEL TIMER DE 16 BIT REGISTRO CONTADOR DE LOS TIMERS DE 16 BIT REGISTRO DE PERÍODO DE LOS TIMERS DE 16 BIT REGISTRO DE TRANSMISIÓN DE DATOS, DXR REGISTRO DE RECEPCIÓN DE DATOS, DRR 135

142 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. Figua D.10 Regito del peiféico pueto eial. D CONTROLADOR DMA Un peiféico DMA e capaz de getiona tanfeencia de bloque de dato dede una poición del mapa de memoia (oigen) a ota (detino). El contolado DMA puede lee o ecibi a cualquie localización del mapa de memoia in intefei con la opeación de la CPU. El contolado DMA poee u popio geneado de dieccione, egito oigen y detino y contado de tanfeencia. El C30 y C31 tienen un canal, mienta que al C32 poee do canale, la CPU y el DMA tabajan con ditinto bue intenamente pemitiendo opea en foma independiente uno de oto, ademá de entega una alta pioidad a la CPU no aí el C32 donde exite una flexibilidad pemitiendo elegi la pioidade. 136

143 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. D.4 LA TARJETA PC31 D.4.1 INTERFAZ TARJETA PC31 - PC El AT Bu opota 8, 16 y 32 Bit paa acceo como entada/alida, en 32 Bit e accede olo en modo potegido. Dento de eta egión de entada-alida e encuentan ocho egito de 16 bit que on manipulado paa efectua comunicacione con la tajeta PC31. En la iguiente tabla e encuenta el mapa de lo egito de entada/alida, en eta tabla e hace efeencia a diección bae como la diección po defecto 0x280 (hexa). I/O DIRECCIÓN MODO FUNCIÓN Regito Adde High Bae + 0 Wite Latch má ignificativo, 16 de 32 bit utilizado paa acceo a memoia en la PC31. Regito Adde Low Bae + 2 Regito Data High Bae + 4 Regito Data Low Bae + 6 Regito Contol Bae + 8 Regito Dual Pot Contol Bae +10 Regito Sevice Requet (SRQ) Bae + 12 Wite Latch meno ignificativo, 16 de 32 bit utilizado paa acceo a memoia en la PC31. Wite Latch má ignificativo, 16 de 32 bit del dato ecito a la PC31, duante un ciclo de ecitua a memoia. Read (hold) Retona lo 16 bit má ignificativo del dato de 32 bit dede la PC31. Wite (hold) Ecibe un dato de 32 bit a la PC31, fomado po un dato de 16 bit ecito anteiomente conacatenado con el dato de 16 bit actual. Read(hold) Retona lo 16 bit meno ignificativo del dato de 32 bit dede la PC31. Wite Latch de 8 bit. Bit 0: PC31 eet, activo en alto. Bit 1: Dual Pot Enable, activo en bajo. Bit 4: PC31 EI2, e activa con flanco de bajada. Wite Bit 0: alto, pide apopia emafoo. Bajo libea el emáfoo. Read Bit 0: en alto gaantiza la popiedad del emáfoo. En bajo deniega la popiedad del emáfoo. Wite Bit 0 del latch como teminal de Solicitud de Sevicio paa PC

144 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. Regito Acknowledge (ACK) Bae + 14 Read R/W Retona etado de olicitud de evicio en bit codificado. Bit 0: PC-AT Solicita Sevicio. Bit 1: PC31 Solicita Sevicio. Limpia olicitud de evicio de PC31. Tabla D.2 Regito Entada/Salida. Ete Bu pemite al PC hot accede a cualquie ecuo mapeado en memoia el cual no ea intíneco al poceado TMS320C31 de la tajeta PC31, e deci, pueto paalelo 8255, Time 8254, UART 8530, etc. Ademá toda la memoia RAM y ROM pueden e acceada dede el PC hot. Lo peiféico inteno del DSP TMS320C31, como el pueto eial íncono, y memoia intena no pueden e acceado po ete medio. TRANSFERENCIA DE DATOS VIA BUS DE INTERFAZ Paa efecto de tanfeencia de dato de 32 Bit hacia o dede la memoia de la tajeta PC31 e utiliza un latch de dieccione cagando lo 32 Bit en lo ciclo de 16 Bit, un ciclo paa Add High y oto paa el Add Low. Paa efecto de lectua de un dato de 32 Bit dede la tajeta PC31 eta e hace en do ciclo de 16 Bit, e deci, un ciclo paa Data High y oto paa Data Low epectivamente paa poteiomente concatenae y aí obtene el dato eultante. De modo imila e hace paa lectua de dato de 16 Bit, paa aegua que el dato no ha cambiado duante el ciclo de lectua e emplea un mecanimo de Handhake paa abita lo acceo hacia la tajeta DSP PC31. La lectua de dato de 16 Bit dede la PC31 e hace con un ciclo de lectua de 16 Bit dede Data Low. Paa ecibi dato de 32 Bit hacia la PC31 e utilizan 2 ciclo uceivo de ecitua de 16 Bit, uno paa Data High y oto paa Data Low. Pimeo e ecibe en Data Low paa depué ecibi en Data High y foma el dato con lo 16 Bit pevio de Data Low. 138

145 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. En el cao de ecibi dato de 8 Bit o 16 Bit en la PC31 ete poceo e ealiza con Data Low, el contenido de Data High manejaá la pate upeio de lo dato lo cual no afectaá al dato final. REGISTROS MAILBOX (MAILBOX REGISTERS) Cada vez que exite una tanfeencia de dato hacia y dede la memoia de la tajeta PC31 vía el Bu entada/alida del PC el Bu upende el poceado TMS320C31 po el tiempo de duación del ciclo de Bu del PC, eto e hace paa minimiza el númeo de ciclo de Bu paa lo egito. Ete tipo de acceo puede e eliminado con el uo del ecuo compatido Memoia de Do Pueta. El egito Mailbox e un mecanimo que pemite acceo a la memoia de la tajeta PC31 in emplea la memoia de do pueto (DPRAM). Ete egito entega un mecanimo imple de Handhake ente el PC y la tajeta PC31. Báicamente lo egito del Mailbox pemiten comunicación ente el PC y la tajeta PC31 pemitiendo el mejo funcionamiento de lo ciclo de acceo del tipo hold de la tajeta PC31 tanfiiéndoe lo dato ólo cuando eto etén diponible. El Mailbox tiene do egito, el egito SQR y el egito ACK, y cada uno de ello e implementa en foma imila tanto en el PC como en el extemo (tajeta PC31). Ecibiendo en el BIT 0 del egito SQR e hace una petición de evicio hacia la tajeta PC31, eto indica que el PC etá ecibiendo dato en una poición de memoia de la tajeta PC31, ademá, el PC eta habilitado paa limpia el Bit 0 del egito SQR, indicando que no exite alguna petición po pate del PC. El egito SQR puede e leído, cuando ete egito e leído po el PC el BIT 0 entega el etado actual de peticione hacia la tajeta PC31, el BIT 1 entega el etado actual de peticione de la tajeta PC31 hacia el PC. 139

146 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. Acceando el egito ACK del Mailbox, ya ea como lectua o como ecitua, e limpian la peticione efectuada po la tajeta PC31 hacia el PC. SEMÁFORO POR HARDWARE (HARDWARE SEMAPHORE) En mucha aplicacione de la tajeta PC31 exiten ecuo que e deean compati, ya ea po el DSP TMS320C31 como po el PC, po ejemplo la Memoia de Do Pueta o Memoia Bidieccional DPRAM. Uno de lo poblema má comune que e poduce al momento de compati un ecuo e el evita la coliione ente dipoitivo al momento de compati dicho ecuo, en ota palaba, evita que do o má dipoitivo accedan al mimo ecuo a la vez. En un itema multipoceado el acceo a ecuo compatido e impeativo, po lo tanto e hace neceaio abe el intante en el que e accede el ecuo. El emáfoo po hadwae entega un mecanimo de abitaje paa acceo a ecuo compatido ente el DSP TMS320C31 y el PC. Eencialmente el emáfoo po hadwae tabaja con un flag, ete flag coeponde al BIT 0 del egito de contol del Pueto Dual o Pueto Bidieccional (DPCTL), con el cual un poceo puede apopiae o libea un ecuo po el tiempo que e neceite. Ante de utiliza el ecuo a compati el pogama de aplicación que equiea apopiae debe efectua una encueta del etado del BIT 0 del egito DPCTL, i éte no etá en el etado coecto el pogama debe epea hata que el BIT 0 cambie u etado, una vez que el BIT 0 etá en el etado coecto e puede hace uo del ecuo. Si el ecuo fue utilizado el pogama debe libea el emáfoo de eta manea oto poceo puede hace uo del ecuo compatido. 140

147 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. ESTADOS DE ESPERA (WAIT STATES) El TMS320C31 tae incopoado un geneado de etado de epea pogamable po oftwae. Adicionalmente la tajeta PC31 emplea un geneado de etado de epea uplementaio que pueden e uado en unión con lo etado de epea inteno del DSP TMS320C31 obteniéndoe un ango ente uno a iete etado de epea educiendo ciclo de oftwae. Al momento de aplica el eet a la tajeta PC31 el geneado inteno de etado de epea queda configuado con el mayo etado de epea po oftwae (WTCNT), uualmente cuato, ó con el númeo de etado de epea po hadwae equeido po el geneado de etado de epea. Dento del código de inicialización, de toda la aplicacione de la tajeta PC31, el egito del Pimay Bu Contol coepondiente al DSP TMS320C31 con diección 0x e modifica paa etablece lo etado de epea po oftwae del modo te al modo do. Eto econfigua el contolado de etado de epea colocando en éte el meno de lo etado de epea po oftwae o el númeo de etado de epea po hadwae po el geneado de etado de epea de la tajeta PC31. IMPLEMENTACIÓN DEL GENERADOR DE ESTADOS DE ESPERA EN LA TARJETA PC31 El hadwae geneado de etado de epea de la tajeta PC31 eta implementado como una maquina de etado la cual funciona cuando el DSP TMS320C31 diecciona a un dipoitivo con etado de epea en el Peipheal Bu activándoe la eñal de STRB*. 141

148 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. MEMORIA DE DOS PUERTAS (DPRAM) La tajeta PC31 puede e configuada paa uno o do IC IDT7133 de 2K x 16 BIT, memoia de do pueta o Memoia Bidieccionale, paa atiface la demanda de comunicación y tanmiión de dato. El Pueto Dual o Pueto Bidieccional (Dual Pot) e acceado po la tajeta PC31 como bloque conecutivo de memoia. Ademá, puede e acceado dede un IBM PC o compatible como una poición de memoia convencional la que e configuable po un dip witch. La tanfeencia de dato a tavé de la DPRAM e má ápida que la tanfeencia de dato vía el Bu de entada/alida o Bu de Intefaz, la azón etá en que lo ciclo de Bu de Memoia del DSP TMS320C31 on má coto y ápido que lo ciclo de Bu del Bu de entada/ alida (un ciclo del Bu del PC veu te ciclo del Bu de Memoia). Ademá, lo acceo al Pueto Bidieccional nunca detienen el poceado DSP. MODOS DE OPERACIÓN DE LA DPRAM La tajeta PC31 puede e configuada paa opea con 16 BIT o 32 BIT, egún e neceite. MODO 16 BIT: Paa configua la tajeta en modo 16 BIT e tiene que emove el jumpe 77 (JP77), automáticamente el hadwae intefaz paa la DPRAM tiene modificacione impotante. 1. El Pueto Bidieccional e mapeado automáticamente a pai de la diección 0xFFF El TMS320C31 accea a la DPRAM con do o má etado de epea. El PC accea a la DPRAM con un etado de epea como mínimo, independiente i e ua emáfoo po hadwae o Mailbox (SRQ), como el medio de abitaje 142

149 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. de la DPRAM, el acceo a la DPRAM e má lento que en el modo de opeación de 32 BIT. 3. El acceo a la DPRAM etá abitado po hadwae. Acceo imultáneo a una mima poición de memoia eultan en etado de epea adicionale paa el dipoitivo o poceo que no tiene popiedad obe el emáfoo (fit come, fit eved). 4. El geneado de etado de epea po hadwae e activado paa todo lo acceo a peiféico mapeado ente 0xFFF000 0xFFFFFF. MODO 32 BIT: Paa configua la tajeta en modo 32 BIT el jumpe 77 (JP77) debe e intalado, automáticamente el hadwae de intefaz paa la DPRAM tiene modificacione impotante. 1. El Pueto Bidieccional e automáticamente mapeado en la diección 0x Lo acceo a la DPRAM no on abitado po hadwae, acceo imultáneo a la mima poición de memoia eultan ielevante. 3. El geneado de etado de epea po hadwae no e activado paa acceo a la DPRAM en 0x peo e activado paa lo peiféico mapeado ente 0xFFF000 0xFFFFFF. D PERIFÉRICOS DE LA TARJETA PC31 Todo lo peiféico de la tajeta PC31 etán mapeado en memoia, e deci, e pueden accede a ello. El geneado de etado de epea po hadwae no e activado paa acceo a la DPRAM en 0x peo e activado paa lo peiféico mapeado ente 0xFFF000 0xFFFFFF po oftwae. La egión de peiféico etá definida como una egión de memoia que etá localizada ente 0x XFFFFFF y e divide en te ubegione epecífica la que e definián como zona, a modo de convención paa el eto de la tei, la cuale on: la zona FAST EXTERNAL, la zona 143

150 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. FAST INTERNAL y la zona SLOW EXTERNAL. Eta egión de memoia eta codificada y cada uno de lo peiféico de la tajeta PC31 etán dieccionado dento de la egión. La zona de memoia FAST EXTERNAL e encuenta ente 0x x7FFFFF. EL acceo a eta egión e hace con ceo etado de epea activando la eñale STRB* y PERIPH*. Ninguno de lo peiféico de la tajeta utiliza eta zona de memoia. La zona de memoia FAST INTERNAL e encuenta ente 0x x80A000. El acceo a eta zona no activa la eñale STRB* y PERIPH*. Lo peiféico inteno on acceado con ceo etado de epea in impota el valo actual del WCNT (egito de contol del geneado de etado de epea po oftwae del DSP TMS320C31). La zona de memoia SLOW EXTERNAL e encuenta ente 0x80A000 0xFFFFFF, lo acceo a eta zona de memoia tiene la duación coepondiente al valo actual del WTCNT. Dento de eta zona etán mapeado todo lo peiféico exteno al DSP TMS320C31 que foman pate de tajeta PC31, como on DSPLINK, TIMERS, PUERTO DIGITAL, ETC. Paa ma detalle ve tabla D.3. DIRECCION (HEXADECIMAL) FFFFC0... FFFCC0 FFFC80 FFFC40 FFFC00 FFFBC0 FFFB80 FFFB40 FFFB00 FFFAC0 FFFA80 FFFA40 FFFA00 FFF9C0 DISPOSITIVO RESERVADA REGISTRO DE CONTROL DEL PUERTO BIDIRECCIONAL CANAL A DEL AMPLIFICADOR DE GANANCIA PROGRAMABLE CANAL B DEL AMPLIFICADOR DE GANANCIA PROGRAMABLE DECODES1 DECODES0 DSPLINK RESERVADA CANAL B DEL MULTIPLEXOR CANAL A DEL MULTIPLEXOR ASK SQR ORDEN DE CONVERSIÓN AL DAC #1 144

151 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. FFF980 ORDEN DE CONVERSIÓN AL DAC #0 FFF940 ORDEN DE CONVERSIÓN AL ADC FFF900 ABITS FFF8C0 TIMER 8254 FFF880 PIA 8255 #1 FFF840 PIA 8255 #0 FFF800 UART FFF000 DPRAM 809A00 EXPANSION RAM WS SRAM ONCHIP PERIFERICOS C ZONA FAST EXTERNAL RESERVADA WS SRAM ONBOARD Tabla D.3 Mapa de memoia tajeta PC31. BUS DSPLINK El DSPLINK e un Bu de 16 BIT detinado paa tabaja con dipoitivo exteno paa entada y alida de dato. Una ventaja fundamental de ete Bu eta en la imple contucción de una intefaz con un mínimo hadwae. La tajeta PC31 ineta automáticamente cinco etado de epea en todo lo acceo al DSPLINK, e deci, cualquie peiféico o dipoitivo que e comunique con el DSPLINK tabaja con etado de epea y con el DSP TMS320C31 a máxima apidez. Ademá, no e neceita un geneado exteno de etado de epea paa lo dipoitivo que e comunican con el Bu DSPLINK, el tiempo de acceo paa cualquie dipoitivo exteno e meno a 5 H1 apoximadamente. La intefaz del DSPLINK puede codifica (extenamente) obe 64 dieccione, e pueden codifica o eñala obe 64 dipoitivo exteno a la tajeta PC31, eta eñale codificada pueden e utilizada como eñale de TRIGGER o CHIP SELECT paa conveoe A/D o D/A, Time, latch, etc. 145

152 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. Cada vez que e accea a la zona de memoia compendida ente 0xFFFB40 0xFFFB7F la eñal DSPLINK* e activa en etado lógico bajo, y puede e utilizada con eñal de habilitación paa la intefaz. El jumpe JP7 e el que dipone de toda la eñale del Bu DSPLINK ya ean dato, dieccione o contol, toda eta eñale llegan a una etapa de adaptación compueta po Buffe y eitencia que mejoan el amotiguamiento. Sin embago, e impotante mantene pecaución con la ditancia del cable Bu y la capacitancia de valo bajo. PUERTOS SERIALES La tajeta PC31 tiene una UART 85C30 la cual entega la capacidad de comunicación eial o eie, a tavé de do canale RS232 FULL DUPLEX, con potocolo aíncono o íncono. Paa comunicacione con potocolo aíncono, cada uno de lo canale opota nivele de tenión de +/- 10 V con una taa de tanmiión de 230 Kbaudio. Lo pueto eiale utilizan cinco línea paa la comunicación TX, RX, GND, RTS, CTS. La eñale de RTS y CTS on eñale de Handhake y etán implementada en hadwae. Si la eñale Handhake no on utilizada en alguna aplicacione pueden e obviada uando un cable eie popio de la aplicación al cual e conecta la eñal CTS a 10V y e deconecta la eñal de RTS. El 85C30 e muy flexible, opota alta velocidade a una taa de tanfeencia obe 2 Mbaudio, ademá puede tabaja con vaio potocolo de comunicación como HDLC, SDLC, NRZ, ente oto. PUERTO PARALELO DE ENTRADA/SALIDA (PIA 8255) La tajeta PC31 emplea do 8255 de 8 BITS cada uno de eto eta mapeado en la pate baja del Bu de memoia del DSP TMS320C31, e deci, 146

153 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. mapeado en lo 8 BITS meno ignificativo. Eto dipoitivo on activado cada vez que e accea a la poicione de memoia compendida ente 0xFFF840 0xFFF843 (pueto 0) y 0xFFF880 0xFFF883 (pueto 1) ubicada en la zona de memoia de peiféico. El pueto paalelo eta contituido po entada y alida digitale, 24 BITS oganizado en te gupo de 8 BITS. Cada uno de eto gupo puede e configuado paa tabaja como entada, alida o en foma Bidieccional. Eto BITS de entada/alida pueden e utilizado en difeente foma egún ean lo equeimiento in neceidad de contui una intefaz epecial. Lo 48 BITS elacionado con el pueto de paalelo de entada/alida etán diponible en lo jumpe JP14 y JP15. En la tabla D.4 e muetan lo egito de configuación del pueto paalelo. DISPOSITIVO REGISTRO DIRECCIÓN 8255#0 PUERTO A 0XFFF #0 PUERTO B 0XFFF #0 PUERTO C 0XFFF #0 CONTROL 0XFFF #1 PUERTO A 0XFFF #1 PUERTO B 0XFFF #1 PUERTO C 0XFFF #1 CONTROL 0XFFF883 Tabla D.4 Regito de configuación del pueto paalelo. TIMER 8254 Ademá de lo do peiféico Time inteno del poceado DSP TMS320C31, la tajeta PC31 incopoa un Time 8254 de te canale de 16 BITS, ete dipoitivo e puede utiliza paa divea funcione. Paa accea el Time exite un egito de contol de 8 BIT ubicado en la diección 0XFFF8C3 el cual puede pogama cada uno de lo canale ecibiendo lo valoe apopiado en el egito de contol. Ademá cada uno de 147

154 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. lo contadoe puede e leído conociendo el valo actual de la cuenta. En la tabla D.5 e muetan lo egito y la diección coepondiente a cada uno. REGISTRO TMR0 TMR1 TMR2 CTL DIRECCIÓN 0xFFF8C0 0xFFF8C1 0xfff8c2 0xfff8c3 Tabla D.5 Regito del time Cada uno de lo te contadoe puede e alimentado con una fuente de eloj extena o una fuente de eloj intena paa cada canal la cual e puede elecciona con el jumpe JP1 (ve tabla D.6), pueden ecibi la eñal de GATE de foma extena y la eñal de alida de lo contadoe puede e utilizada como fuente de inteupción paa el poceado DSP como también paa lo conveoe ADC y DAC, epectivamente. JP1 FUENTE DE RELOJ 1-2 TMR1 h 1 /2 none TMR1 fuente extena 3-4 TMR2 h 1 /2 none TMR2 fuente extena 5-6 TMR3 h 1 /2 none TMR3 fuente extena Tabla D.6 Selección de fuente de eloj. CONVERSOR ANÁLOGO A DIGITAL (ADC) La tajeta PC31 tae un conveo análogo a digital DSP102 de 16 BITS, do canale, con capacidad de digitalización de alta calidad y un tiempo de conveión de 5 ueg, entada bipolae de +/- 10 V configuable po el uuaio po el jumpe JP54A como e mueta en la tabla D.7. CANAL TENSIÓN JUMPER SELECCIÓN ENTRADA A -/+10 V JP54A None A 0-10 V JP54A

155 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. A 10-0 V JP54A 2-3 B -/+ 10 V JP54A None B 0-10 V JP54A 1-2 B 10-0 V JP54A 2-3 Tabla D.7 Selección del ango de tenión de entada del conveo A/D. El conveo A/D DSP102 no neceita cicuiteia extena paa funcione de SAMPLE/HOLD pueto que poee intenamente un itema de SAMPLED paa la conveión, el tiempo de conveión e de típicamente 5 ueg, iendo éte el tiempo máximo epecificado. Tiene una efeencia de tenión intena paa efecto de peciión de la conveión, eta efeencia de tenión no debe e uada como una efeencia paa dipoitivo exteno in ante acondicionala con una etapa de Buffe de lo contaio afectaá la peición en la conveión de lo dato de entada al conveo. El conveo etá comunicado diectamente con el pueto eial íncono del poceado DSP TMS320C31, e deci, la mueta entegada po el conveo DSP102 on leída dede el egito SER_RD del pueto eial íncono del poceado DSP. El valo de eo (OFFSET) viene eleccionado po el fabicante, i e deea hace un poceo de ecalibación del OFFSET o hace un cambio en lo ango de tenión de la entada, e debe egui un pocedimiento etipulado po el fabicante de la tajeta PC31 en el que e ajuta lo valoe de lo potenciómeto R47 y R56 paa el valo del OFFSETT, y R27 y R28 paa la ganancia. Paa da la oden de conveión, eñal de TRIGGER, de ambo canale del conveo DSP102, e debe elecciona la fuente de la eñal de TRIGGER a tavé del jumpe JPADC, cuya elección e mueta en la tabla D.8. JPADC FUENTE TRIGGER 1-2 TMR TMR

156 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C RELOJ INTERNO C ESCRITURA EN 0XFFF940 Tabla D.8 Selección de fuente de eñal de tigge. La entada del conveo A/D pueden e utilizada como entada difeenciale o entada ingle-ended (con efeencia a tiea) po medio de un Multiplexo análogo de cuato entada difeenciale (Multiplexo MAX DG529) u ocho entada ingle-ended (Multiplexo MAX DG528) egún ea la configuación de lo jumpe JP63 y JP64. En la tabla D.9 e apecian, toda la eñale aociada con el conveo A/D DSP102. CANAL MULTIPLEXOR JUMPER SELECCIÓN A DG528 (S.E.) JP A DG529 (DIFF.) JP B DG528 (S.E.) JP B DG529 (DIFF.) JP Tabla D.9 Selección del multiplexo. MULTIPLEXOR ANÁLOGO Lo mutiplexoe análogo etán compueto po cuato canale de entada (DG529) con una alida difeencial u ocho canale de entada (DG528) con una alida con efeencia a tiea. Cada multiplexo tiene un tiempo máximo de Switching de 1 ueg, la atenuación ente canale e de 62 Db. Eto multiplexoe on manejado dede una fuente con una impedancia de alida muy pequeña la cual e un amplificado opeacional con el objeto de mejoa el endimiento de lo multiplexoe. En la figua D.11 e detallan en un equema lo multiplexoe con u entada y alida coepondiente. 150

157 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. Figua D.11 Diagama de lo multiplexoe análogo. Ecibiendo en la poición de memoia 0XFFFA80 paa el multiplexo_a o 0XFFFAC0 paa el multiplexo_b e puede elecciona la entada del dipoitivo que e deea utiliza. En la tabla D.10 y D.11 e mueta la elección de entada coepondiente a cada canal. SELECCIÓN SELECCIÓN SELECCIÓN MUX_A ENTRADA (S.E. ) ENTRADA (DIFF.) 0 IN0 IN0+ / IN8-1 IN8 IN1+ / IN9-2 IN1 IN2+ / IN10-3 IN9 IN3+ / IN11-4 IN2 N/A 5 IN10 N/A 6 IN3 N/A 7 IN11 N/A Tabla D.10 Selección de entada del mutiplexo A. 151

158 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. SELECCIÓN SELECCIÓN SELECCIÓN MUX_B ENTRADA (S.E.) ENTRADA (DIFF.) 0 IN4 IN4+ / IN12-1 IN12 IN5+ / IN13-2 IN5 IN6+ / IN14-3 IN13 IN7+ / IN15-4 IN6 N/A 5 IN14 N/A 6 IN7 N/A 7 IN15 N/A Tabla D.11 Selección de entada del mutiplexo B. FILTRO ANTI-ALIASING La tajeta PC31 tiene implementado un filto anti-aliaing de ei polo con un valo de OFFSET ajutable paa cada canal de conveión. El filto antialiaing viene configuado de fábica como un filto paa banda con una fecuencia de 380 Khz la cual puede e utituida, cambiando lo aeglo de eitencia, a la fecuencia que e neceite. Ademá, e pueden intoniza lo canale en foma individual, el aeglo R50 paa el canal de conveión A y el aeglo R51 paa el canal de conveión B, en la figua D.12 e mueta la epueta en fecuencia paa ditinto valoe de eitencia y en la figua D.13 e mueta el equemático del filto anti-aliaing. Figua D.12 Repueta en fecuencia del filto anti-aliaing. 152

159 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. Figua D.13 Equemático del filto anto-aliaing. AMPLIFICADOR DE GANANCIA PROGRAMABLE (PGA) Cada una de la alida de lo multiplexoe llega a un amplificado de ganancia pogamable el cual a u vez entega la eñal al filto anti-aliaing paa que ete finalmente entegue la eñal a muetea al conveo A/D. El amplificado de ganancia pogamable que utiliza la tajeta PC31 e el PGA205 con ganancia a pogama de 1, 2, 4 y 8, el PGA204 e el amplificado altenativo que opota la tajeta PC31. Lo factoe de ganancia on eleccionado po oftwae ecibiendo en una poición de memoia epecífica el valo coepondiente al facto de ganancia, en la tabla D.12 y D.13 e mueta la elección de ganancia po canal paa lo difeente amplificadoe pogamable. 153

160 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. VALOR DIRECCION FACTOR (PGA205) FACTOR (PGA204) 0 0XFFFC XFFFC XFFFC XFFFC Tabla D.12 Selección de ganancia de amplificadoe pogamable canal A. VALOR DIRECCION FACTOR (PGA205) FACTOR (PGA204) 0 0XFFFC XFFFC XFFFC XFFFC Tabla D.13 Selección de ganancia de amplificadoe pogamable canal B. SALIDAS ANÁLOGAS La tajeta PC31 eta povita po cuato canale o alida análoga de 200 KHz cada una, poveniente del conveo D/A de 16 BITS DSP202, en la implementación de eta alida e utilizó técnica de plano y gilla de tiea paa mejoa la inmunidad al uido obteniendo una eñal de alida de gan calidad. El conveo D/A DSP202 de do canale tiene la capacidad de tabaja a full ecala, lo ango de tenión de alida on eleccionable con lo jumpe JP45, JP46, JP47, JP48, elección que e entega en la tabla D.14. El valo de tenión de +/- 10V etá eleccionado de fábica. SELECCIÓN RANGO DE TENSION DE SALIDA 1-2 Bipola +/- 10 V p-p 2-3 Bipola +/- 1 V p-p Tabla D.14 Selección del ango de tenión de alida del conveo D/A. La línea que alen del conveo D/A llegan a una etapa de acondicionamiento de eñal fomada po filto de pime oden y amplificacione implementada con amplificadoe de alta velocidad y bajo OFFSET, la 154

161 Apéndice D. La Tajeta PC31 y el DSP TMS320C31. ganancia en cada canal on eleccionada en foma individual. La eñale de tenión apaecen en la alida depué de 5 ueg. Cada uno de lo do conveoe D/A ecibe la eñal de TRIGGER o eñal de oden de conveión de ditinta fuente la cuale on eleccionable, en la tabla D.15 e entegan la ditinta fuente paa la eñal de TRIGGER. JP50 FUENTE SEÑAL TRIGGER 1-2 DAC0/ TIM0 3-4 DAC0/ TIM1 5-6 DAC0/1 TCLK1 C DAC0/1 Diección 0xfff DAC2/ TIM DAC2/ TIM DAC2/3 TCLK0 c DAC2/3 Diección 0xfff9c DAC2/3 pulo invetido DAC0/1 Tabla D.15 Fuente de eñal de conveión paa el conveo D/A. 155

162 APÉNDICE E DIAGRAMAS ESQUEMÁTICOS DE CIRCUITOS

163 Apéndice E. Diagama Equemático de Cicuito. Figua E.1 Diagama Equemático Cicuito de Tajeta de Medición de Tenione. 157

164 Apéndice E. Diagama Equemático de Cicuito. Figua E.2 Diagama Equemático Cicuito de Tajeta de Medición de Coiente. 158

165 Apéndice E. Diagama Equemático de Cicuito. Figua E.3 Diagama Equemático Cicuito de Tajeta de Acondicionamiento de Señale. 159

166 Apéndice E. Diagama Equemático de Cicuito. Figua E.4 Diagama Equemático Cicuito de Tajeta de Poteccione. 160

167 Apéndice E. Diagama Equemático de Cicuito. Figua E.5 Diagama Equemático Cicuito de Tajeta de Lectua de Encode. 161

168 Apéndice E. Diagama Equemático de Cicuito. Figua E.6 Diagama Equemático Cicuito de Tajeta Geneadoa de PWM o Tempoizadoa. 162

169 Apéndice E. Diagama Equemático de Cicuito. Figua E.7 Diagama Equemático Cicuito de Tajeta Geneadoa de Refeencia de Velocidad paa la MÍJA. 163

170 Apéndice E. Diagama Equemático de Cicuito. Figua E.8 Diagama Equemático Cicuito de Tajeta Intefaz PC31-PC. 164

171 Apéndice E. Diagama Equemático de Cicuito. Figua E.9 Diagama Equemático Cicuito de Tajeta Bu. 165