Accionamientos de Motores de Induccion

 

 ACCIONAMIENTOS DE MOTORES DE INDUCCIÓ INDUCCIÓN

Herman Ferná Fernández Departamento Ingenierí a Electrónica Centro de Electrónica de Potencia y Accionamientos (CEPAC) Junio 2005 hfernandez@ [email protected]

 

CONTENIDO            

  

Fundamentos de los accionamientos de motores Definición Diagrama de bloques gen gené érico de un accionamiento Clasificación Tipos de cargas Dispositivos semiconductores e inversores El transistor bipolar de compuerta aislada (IGBT) y el IGCT La m má áquina de inducci inducció ón Estudio de la máquina en régimen permanente Estudio dinámico del motor de inducción Control escalar escalar Diagrama de bloques de un accionamiento de control Limitaciones Principios del control vectorial de motores de inducción Control vectorial directo

  

Control vectorial indirecto Diagrama de bloques de accionamientos comerciales  Aplicaciones

 

 ACCIONAMIENTO DE MOTORES Un accionamiento para motores es un sistema electrónico capaz de regular la variable de proceso como la velocidad, par o posici posició ó n, en concordancia a la referencia o señal de comando solicitada, aún cuando se presenten cambios la demanda de la carga y en se registren perturbaciones en el suministro de energ energí  í a elé eléctrico.

 

PROPIEDADES DE UN ACCIONAMIENTO  









Excelente din á  ámica  m   ica  Exactitud en la velocidad, par a desarrollar o fijaci ó  ón   de la posici ó  ón  n     Amplio margen para la regulaci ó  ón   de la velocidad  Funcionamiento en los cuadrantes de operaci ó  ón   requeridos por el tipo de aplicaci ó  ón  n    Tolerancia a perturbaciones mec á  ánicas  nicas que se registren en el eje del motor, esto es, demandas en el par de arranque y de servicio, frecuencias de oscilaci ó  ón   en el sistema mec á  ánico, n   ico, etc. Posibilidad de operaci ó  ón   sin sensores de velocidad regulaci ó  ón.  n.manteniendo un buen factor de

 

DIAGRAMA GENERICO DE UN ACCIONAMIENTO Máquina como motor  Máquina como generador 

Pérdidas por  armónicos en el CEP

Fuente energía eléctrica  AC o DC

Sensores de variables eléctricas

Pérdidas por  conducción y conmutación CEP y redes Snubber 

Pérdidas en arrollado, núcleo, acoplamiento mecánic carga y motor 

Convertidores Electrónicos de Potencia CEP   o    d   n   a   m   o   c   e    d   s   e    l   a    ñ   e    S

Máquina eléctrica rotativa

Sensores de variables eléctricas

Sensores de velocidad, posición, térmico (Opcional)

Unidad de control adquisición y supervisión

Unidad de regulación modelo y estimadores del motor 

Comunicación

Unidad de interfase

Control remoto

Puertos entrada - salida analógicos y digitales

Control local

Carga mecánica

Medición de la variable de proceso (Opcional)

 

DIAGRAMA GENERICO DE UN ACCIONAMIENTO AC Fuente AC de 1 ó 3 Fases Rectificador 

Filtro

Inversor 

Máquina  AC

Variables Medidas

Comando de Velocidad Controlador 

Rectificador: Convierte la tensión alterna en una tensión de corriente continua. Puede ser del tipo no controlado (diodos) o controlado controlado (SCRs). De accionamientos accionamientos de más sofisticados, sofisticados, el rectificador está implementado con IGBTs IGBTs  para fijar un factor factor de potencia unitario y devolver energía energía a la red durante el frenado frenado regenerativo. Filtro: Etapa que elimina el rizado generado por el rectificador. Almacena energía en un banco de condensadores  para reducir efecto de pulsación y suplir de energía al motor durante una demanda considerable de la carga. Se conforma por un arreglo de bobina y condensador o solamente condensador cuando se gobiernan motores de muy baja potencia. Inversor: Convierte la tensión continua de entrada en tensión alterna a la salida de voltaje y frecuencia variable. Se compone de transistores transistores o tiristores tiristores con control control de encendido y apagado por compuerta. compuerta. Actualmente se emplean los inversores de tres niveles. Controlador: Sección de control y regulación encargada de optimizar par desarrollado por el motor en un amplio rango de velocidad en función de la consigna de entrada. Acopla y genera los patrones de conmutación a los dispositivos del inversor basado en técnicas de modulación: SPWM, MSPWM, HIPWM, SVPWM, etc. Comanda al rectificador de entrada cuando se trata de dispositivos con control de compuerta. Decide el cuadrante de operación en función de la señal de referencia y el comportamiento dinámico de la carga.

 

 Accionamientos AC vs. DC

 

METODOS DE CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES DE INDUCCION Métodos de Control Frecuencia Variable

 

Control Escalar 

Control Basado en Vectores

Control Orientación Campo (FOC)

V/F Constante

Orientando Flujo Rotor 

Directo (Blaschke)

Linealización Realimentación

Orientando Flujo Estator 

Indirecto (Hasee)

Control Directo de Par  (DTC)

Control Directo Par  Neuro-Borrosa

Orientación Natural Campo (Jonsson)

Control basado Pasividad (PBC)

Trayectoria Circular  Flujo (Takahashi)

Trayectoria Hexagonal Flujo (Depenbrock)

 

DISPOSITIVOS DEAC POTENCIA USADOSSEMICONDUCTORES EN ACCIONAMIENTOS

Diodos rápidos  SCR (Rectificador Controlado de Silicio)  PBJT JunturadeBipolar)  MOSFET MOSFE T (Transi (Transistor stor de (Transistor Efecto de Campo Efecto Metal – Oxido de Silicio)  Metal Silicio)  IGBT (Transistor Bipolar de Compuerta Aislada)  GTO (Tiristor de Apagado por Compuerta)  IGCT (Tiristor con Circuito Compuerta Integrado)  MCT (Tiristor Controlado por MOSFET)  MTO (Tiristor de Apagado por MOSFET) 

 

EL TRANSISTOR BIPOLAR DE COMPUERTA AISLADA IGBT Símbolo y estructura Compuerta Capa de SiO2

Emisor 

C

N+

N+

P

P

J1

N Capa - Epi

G

J2

E

Substrato P+

IGBT Canal N Metal

Colector 

 

EL TRANSISTOR BIPOLAR DE COMPUERTA AISLADA VGE

Compuerta Capa de SiO2

Emisor 

Compuerta

  a    i   c  r   n  o   s    i   e    t   s  m    E    i   s   e  e    d   o   R

Emisor 

N+

N+

P

   t    i   s    á   r   a    P   r   o    t   s    i   r    i    T

Inyección de Portadores Minoritarios

Mosfet

Diodo

   l   e    t   a   n    i   p   e   c    i   r   n   r   i   o  r    P    C

   l   a   p    i   c   n    i   r    P   e    t   n   e    i   r   r   o    C

P

J1

N Capa - Epi J2

Substrato P+ Metal

Colector 

Colector  RL

Transistor en conducción

 

EL TRANSISTOR BIPOLAR DE COMPUERTA AISLADA Características: Controlado por tensión Capacidad para manejar niveles de potencia considerables Fácil de conectar en paralelo  Velocidad de conmutación rápida Tiempos de conmutación ajustables Pérdida en conducción inferior a la del MOSFET  Alta densidad de corriente en un área reducida del chip  Alta impedancia de entrada Circuito de compuerta sencillo Sin zona de segunda ruptura  Aplicaciones  Accionamientos AC de Control Escalar, Vectorial Vectorial y DTC Convertidore Conver tidoress DC/DC DC/DC y DC/AC DC/AC de propósito propósito general general Fuentes Filtros ininterrumpidas potencia (UPS) Activos dedePotencia Compensadores de Energía Reactiva

 

Driver IGBTs

IHD215/280/680 CONCEPT

 

Tendencia de los IGBTs

 

Módulo paraa accionam accionamien ientos tos AC/DC/ AC/DC/AC AC Móduloss par

 

Inversor compacto

 

IGCT En el campo de aplicaci aplicaciones ones en alta alta potencia potencia sé esta experime experimentando ntando con con nuevos dispositivos semiconductores desarrollados. Por un lado, el IGBT se encuentra disponible en módulos que manejan niveles de corrientes por arriba de 1800 amp. a tensiones de bloqueo de 4.5 kV. La alta demanda de aplicaciones en sistemas de tracción requiere de dispositivos de gran confiabilidad. Debido a las pérdidas elevadas del IGBT a media tensión, la confiabilidad del mismo en los sistemas de tracción no figura como la ideal. Por otra parte, se ha concebido un nuevo dispositivo basado en el Tiristor de Apagado por Compuerta, GTO , llamado Tiristor con Control de Compuerta Integrado, IGCT . Aplicando un manejo fuerte en la compuer compuerta “ha rd driven” driven”, capazdede 10 conmu conmutar apa paradebloquear bloqu ear valores ta de “hard tensión por, es arriba kV,tarenal apagado un gado arreglo varios semiconductores en serie sin redes “snubbers, lo que garantiza pérdidas reducidas durante la conducción, el apagado y la conmutación. En media potencia se prefiere la utilización del IGBT, mientras el IGCT se hace dominante para potencias mayores a 1 MW.

 

IGCT  An  Anodo

 A

 A

 A

G

GCT

G

G

Compuerta Cátodo (a)

K

K

K

(b)

(c)

(d)

Fig.1 Símbolos que representan al IGCT: (a) GCT con diodo de libre circulación, (b) GCT con circuito de compuerta (IGCT con diodo de libre circulación), (c) IGCT con señal de compuerta bidireccional, y (d) símbolo simplificado del tiristor

 

IGCT

 

IGCT

 

Comparación Dispositivos

 

Comparación Dispositivos

 

TIPOS DE CARGA Par / Potencia

Par / Potencia

Tn Pn

Pn Tn

Potencia

Par 

Par 

Potencia wn

wn

Velocidad

Bombas de Succión Ventiladores

Par / Potencia Pn Tn

2.5 w n

Sistemas de Transporte Eléctrico

Velocidad

Par / Potencia

Par 

Pn

Par 

Tn

Potencia Potencia

wn

4 wn

Máquinas Herramientas Robots

wn

Velocidad Excavadoras

Velocidad

Par / Potencia

Par / Potencia

Par Alta Velocidad Par  Par Baja Velocidad

Pn Tn

Potencia Pn Tn

Potencia

wn Desenrrollador 

3 wn

Velocidad

wn Elevadores

Velocidad

Curvas Características Características d e P Par ar y Potenci a en F Func unc ió n de la Veloc Veloc idad p ara Disti ntas Ca Cargas rgas

 

Car Caract acterí erísti stica ca Par - Vel Velocid ocidad ad

Te ( t )

•

= J ⋅ Ω r  ( t ) +

TL (t )

 

Perf Pe rfilil de Mo Movi vimi mien ento to - Tie Tiemp mpoo  Velocidad

Posición

Carga

Par

Te ( t )

•

= J ⋅ Ω r  ( t ) + T L ( t )

 

Caract Car acterí erístic sticaa Par - Vel Velocid ocidad ad Frenad Frenadoo Dir Direct ectoo

Máxima

Velocidad

Motor Directo

 Velocidad Nominal

 Velocidad Nominal Motor Reverso

Frenado Fren ado Rev Revers ersoo

 

INVERSORES (DC/AC)

Inversores. La función de Los convert conv ertidor idores es de cd cduna ca se conoc code nocen en como como un inversor es cambiar voltaje entrada en cd a un voltaje simétrico de salida en ca, con la magnitud de frecuencia deseada. Tanto el voltaje de salida como como la frecuencia frecuencia pueden pueden ser fijos fijos o variables. variables. Si se modific modificaa el

voltaje de obtener entrada un de dc y la ganancia inversor mantiene es posible voltaje variable dedelsalida. Porse otra parte, siconstante, el voltaje de entrada en cd es fijo y no es controlable, se puede obtener un voltaje de salida variable si se varia la ganancia del inversor; esto por lo general se hace controlando la modulación del ancho de pulso (PWM) en el inversor. La ganancia del inversor se define como la relación entre el voltajee de salida voltaj salida en ca ca y el voltaje voltaje de de entrada entrada en cd. cd.

 

Inversores CONVER CON VERTID TIDORE ORES S D.C. - A.C. (IN (INVER VERSORE SORES) S) +

Vo

Filtro Capacitivo

Semiconductor  Frenado Dinámico

Flujo Flu jo de P otencia Unidireccional

Flujo Flu jo de P otencia Bidireccional

Vol taje de línea PWM Resistencia de Frenado Motor AC

Corriente de Fase

Inversor PWM Fuente de Voltaje (VSI) Inversor a.- Configurac Configuración ión básica básica  b- Ondas de salidas

19/ 08/2003

Acc ionamientos Eléct r icos

 

Inversores Flujoo de Potencia Bid Fluj Bidireccio ireccional nal

Flujo de Potencia Bidireccional

Io

+ Rectificador  AC

Controlado SCRs

-

Inversor como Fuente de Corriente (CSI)

a. Config Configura uración ción básic básicaa  b. Ondas de salida ideales ideales Motor AC

a.) Motor de Inducción

19/ 08/2 00 3

 b.)

Motor Sincrónico Sobre-e xcitado (sin capa c apacitor citor o diodos)

Acc io na mie ntos Eléct r ico s

 

 Accionamiento con Control del Factor Factor de Potencia Inversor  Fuente Voltaje PWM AC

Flujo de Potencia Bidireccional

Voltaje

Motor AC

 Accionamiento AC con bus DC con Fluj lujo o de Pote Potenc ncia ia Bidire Bidirecc ccion ional al (dua dual) l),, por por conv onvert rtiidor a.c a.c. - d.c d.c. co con n factor factor de poten potencia cia uni unitari tario o y corriente seno de entrada. Corriente (Generador)

19 / 08 /2 0 0 3

Corriente (Motor)

Ac c io n a m ie nto s Eléc t r ic o s

Siemens Sieme ns lo llama Active Front End: AFE AFE

 

 Accionamiento con FP =1

 

INVERSORES (DC/AC) V o Vs / 2

Q1

Vo

R

T 0 / 2

z 

2 V 0

0

4

I  dt  J  J  J  K 

1/ 2

=

V S 

2

Facto enésim a compon ente, HFn. El Facto r armóni co de la enésim factor armónico (correspondiente a la enésima armónica), es una medida de la contribución armónica individual y se define como V   HF n = n V 1

io

Q2

Vs / 2

F  2 = GG G T 0 H 

Vo

Vs / 2 io

t

Distorsión total armónica THD. La distorsión armónica total, es una medida de la similitud entre la forma de onda y su componente fundamental, fundamental, se define como 1/ 2

F   x I  2 J  G THD = V n V 1 GH n= 2,3... J  K  1

∑

- Vs / 2 Q1 t Q2 t

Factor de distorsión DF. El valor THD proporciona el contenido armónico total, pero no indica el nivel de cada uno de sus componentes. 1/ 2

T o/2

To

 x 2 1 F  I  I  J  G   GF V  n J   DF = H n2 K  J  V 1 G K  H n= 2,3...

∑

 

INVERSORES (DC/AC) INVERSOR TIPO PUENTE TRIFASICO

VT  I T 

= V d  máx = 2 I 0  máx

 

INVERSORES (DC/AC) Técnicas de Control Técnicas Natural  Analógicas: •Muestreo Muestreo Natural Modificado 

•Técnica Digital basada en Microprocesadores:  PWM uniforme  PWM senoidal  Modulación por Posición de Pulso  Modulación Delta  Eliminación Selectiva de Armónicos  Técnica de Control PWM óptimo basada en Microprocesadores:  PWM óptimo  PWM óptimo con varios modos de control  Modulación por Ancho del Pulso del Vector en el Espacio (SVPWM) 

 

INVERSORES (DC/AC) Generación PWM para inversores

 

2. Gene eneralidades ralidades sobre so bre modul mo dulación ación

Secuencia de disparo

TA +

DA+

V /2

vez TA+ y TA- no de deben estar abiertos a la vez

D

VD

0

VD /2

A

TA -

DA -

N

TA+ y TA- no pue uede den n estar cerrados a la

TA+ y TA- tr trab abaj ajar arán án de forma complementaria

 

2. Gene eneralidades ralidades sobre so bre modul mo dulación ación

Modulación senoidal-triangular ¿Cuál cerramos?

T A+ s i VControl >VTriangular  T A- s i VControl VTriangular 

VControl

TA +

VD /2

DA+

0

 

VTriangular 

t

A VA0

VD /2

TA -

VD/2 DA -

-VD/2 T A - ce cerra rrado do si VControl VTriangular 

VControl

TA +

VD /2

DA+

0

 

VTriangular 

t

A VA0

VD /2

TA -

VD/2 DA -

-VD/2 T A - ce cerra rrado do si VControl VTriangular 

VControl

TA +

VD /2

DA+

0

 

VTriangular 

t

A VA0

VD /2

TA -

VD/2 DA -

-VD/2 T A - ce cerra rrado do si VControl VTriangular 

VControl

TA +

VD /2

DA+

0

 

VTriangular 

t

A VA0

VD /2

TA -

VD/2 DA -

-VD/2 T A - ce cerra rrado do si VControl VTriangular 

VControl

TA +

VD /2

DA+

0

 

VTriangular 

t

A VA0

VD /2

TA -

VD/2 DA -

-VD/2 T A - ce cerra rrado do si VControl VTriangular 

VControl

TA +

VD /2

DA+

0

 

VTriangular 

t

A VA0

VD /2

TA -

VD/2 DA -

-VD/2 T A - ce cerra rrado do si VControl VTriangular 

VControl

TA +

VD /2

DA+

0

 

VTriangular 

t

A VA0

VD /2

TA -

VD/2 DA -

-VD/2 T A - ce cerra rrado do si VControl 1)

 

INVERSORES (DC/AC) Modulante

Portadora

Vc Vm

SPWM Unipolar

t

T1 − T4

=0 vBN = Vd vBN = Vd

= Vd  vo = Vd  vo = 0

T2 − T4

→ v A ANN = 0

vBN

vo

T2 − T3

Van Vd

t Vbn

Vd

t Vo Vd

vo1

vo = v AN − vBN

 

PWM Un Unipolar  ipolar 

-Vd

T1 − T3

→ v A ANN = Vd → v A ANN = 0 → v A ANN = Vd

t

vBN

=0

vo

=0

   

 

INVERSORES (DC/AC) Generador SPWM para inversor trifásico Referencia Tensión

Generador  Modulante Comparador 

Circuitos de Circuitos comando Sa+

Va*

Referencia Frecuencia

T1

+ T4 Sa -

Vˆo1

Generador  Modulante

=

Circuitos de Circuitos comando Sb+

Comparador  Vb*

3 mV d  2 2

(m

≤ 1)

T3 +

3

Generador  Portadora

T6 Sb

-

Generador  Modulante Circuitos de Circuitos comando Sc+

Comparador  Vc*

T5

+ -

T2 Sc -

ˆ d 2 2 V ≤ Vo 1

6

≤

π 

Vd 

( m > 1)

 

INVERSORES (DC/AC) vcontrol A

vcontrol B

vcontrol C Portadora

Vc Vm

t

Van Vd

t Vbn Vd

t Vd Vo

vLL1 t

-Vd

vo = v AN − v BN

 

SPWM Inversor Trifásico  

INVERSORES (DC/AC) MODULACIÓN POR ANCHO DEL PULSO DEL VECTOR EN EL ESPACIO (SVPWM) Im

Vd / 2

T1

T3

(010)

T5

V3

V2

 A Vd

t 2 T s

B C T4

T6

(110)

R=2

R=3

2

V4

T2

Vd / 2

V*

V 2

3

R=1

V dc

ωet

(111) (000)

(011)

t 1 T s

V1

e

(100)

V 1

R=4

Circuito Comando y Generador  SVPWM

R

ωet = 0

R=6

R=5

(001)

V5

(101)

V6

Comando Tensión / Frec Frecuencia uencia / Posición

⎛ T 1 ⎞ ⎜ T  ⎟ = ⎝ 2⎠

⎡ ⎛ π  ⎞⎤ sen ⎜ − ω t ⎟ ⎥   ⎢ ⎠⎥  V d    T S  ⎢ ⎝ 3 ⎢ senω t   ⎥

3 V ref    2

T0 + TK +T K +1 =

T S 

2

⎣

⎦

 

MAQUINA DE INDUCCION Régimen Permanente:  =

ω syn

El campo giratorio velocidad angular sincrónica de:

ω 

 p p

(rad / seg )

60

La velocidad sincrónica del campo en revoluciones por minuto es: La diferencia de la velocidad del rotor, ω M  M,  y la velocidad sincrónica, ω syn  syn es está tá da dada da po por, r,

syn

n

=  p p

f (r / mi min)

q

ω sl

= ω syn − ω M

(  rad / seg )  A´ C

B

Ics

El deslizamiento, s , es:

Ibs

d

  ω sl

s=

ω syn

 

=1 −

ω  M  ω syn

B´

C´  A

Ias

 

MAQUINA DE INDUCCION Circuito equivalente: Rs

Is

 j Xls

Is - Im

 j Xlrr 

Rrr 

f 

Circuito Rotor 

Irr 

Im   m

Vs f

Circuito Estator 

Es

   X    j

Err 

Transformador  Ideal

Rotor  ω  M 

Circuito equivalente por fase en régimen permanente de un motor de inducción detenido Rs

I

s

 j Xls

s E 

Corriente rms del rotor, Irr :

 I 

rr 

=

rr 

2 rr

 R

 j Xlr 

Rr / s

 

 I rr  =

r 

I m

+ ( s X lrr )   2

 jω    Λˆ s

Vs

ˆs = E  ˆ r  = jω  Λ ˆm  E 

 j Xm

  Λˆ r   jω 

f 

Dividiendo por s :

I

 E rr  2

⎛ Rrr  ⎞ 2 lrr   X  ⎝⎜ s ⎠⎟ +

Rotor  ω  M 

Circuito equivalente del motor de inducción mostrando la resistencia equivalente de carga

RL

 

MAQUINA DE INDUCCION Circuito equivalente: Is

 j Xls

Rs

 j Xlr 

Rr / s

 

Ir 

El par promedio desarrolladoo está dado por: promedio desarrollad

T  M 

=

Pou t  ω  M 

Im

pérdidas ohmicas Debido a que las pérdidas ohmicas por el cobre en el rotor Vs

f 

 j Xm

V  ˆs = E    ˆs

r aparece en el ocurren en la resistencia R r, la resistencia  /s circuito como un factor separado de R r porR lo que:

ˆ r  = E 

 R L

Rotor  ω  M 

Circuito equivalente aproximado por fase La potencia de salida transferida a la carga. es:

Pout

= 3 RL I r2

 

3 R L I r 2

El par es:  M  T 

=

ω  M 

Las corrientes en el estator y en el rotor requeridas para la expresión definitiva del par se determinan por la ecuación matriz: jX m ⎤ ⎡ ˆ ⎤ ⎡V ˆs ⎤ ⎡⎢ Rs + jX s ⎥ ⎢ I s ⎥    Rr  ⎢ ⎥ = ⎢  jX m ⎣0⎦ ⎣   s + jX   r ⎦⎥ ⎣⎢ I ˆr ⎦⎥

1 = ⎛⎜ − 1⎞⎟ Rr  ⎝s ⎠

 

MAQUINA DE INDUCCION Circuito equivalente: Is

 j Xls

Rs

 j Xlr 

Rr / s

 

Ir 

La reactancia del estator y reactancia del rotor respectivamente y están dadas por:

 Xs

Im

Vs

 j

f 

Xm

V  ˆ = E   ˆ s

s

ˆ = E 

r 

 X r

= Xls + X m

 X l

= X ls + X lr

= Xlr + X m

El valor rms de la corriente del rotor es: Rotor  ω  M 

V s

Circuito equivalente aproximado por fase

La expresión de par en régimen permanente es:

T M

=

1.5  p p π 

 f 

 I rr  =

2

⎛ R +  Rs ⎞ + X  2 l ⎜ s s⎟ ⎝ ⎠

El par de arranque se puede obtener haciendo s = 1

 Rr  2 s

V 

s

T M ST 

2

⎛⎜ Rs +  Rs ⎟⎞ + X  ⎝ ⎠ r 

2 l

=

1.5  p p π 

 f 

 Rr 

2

V s

2

2

( R + R ) + X  s

r

l

 

 

MAQUINA DE INDUCCION El par máximo, T M,max  llamado  par “pull-out”,se corresponde al valor crítico del deslizamiento, s cr   , el cual se determina considerando que el par máximo ocurre cuando la potencia del entrehierro es máxima. La potencia del entrehierro es la misma que la potencia absorbida por la resistencia equivalente del rotor Rr/s . Se puede considerar que el resto del circuito va ser una fuente equivalente con una impedancia interna igual a Rs + j(Xls + Xlr Xlr ). La potenci potenciaa transferi transferida da a través través del del entrehie entrehierro rro será será máxim máximaa al deslizamiento crítico scr para el cual Rs / scr es igual a la impedancia interna: scr  =

 Rr  2

 Rs

TM

+ X l2

TM,Max Rr´´´

2

T   M ,max

=

0.75  p p π   f   R s

+

V s 2 Rs

Incremento de Resistencia del Rotor 

+ X l2   r   a    P

Característ de inducción terística icapara Par –varios Deslizamient Desliz valores amientoodedel motor Carac resistencia del rotor.

Tst

Rr´´ Rr´

scr 

Deslizamiento

s=1

 

CURVAS AS DE PAR – VELO VELOCIDAD CIDAD POR CONTRO CONTROL L v/f CURV  Esta téc técnic nica a gob gobiern ierna a al inve inversor rsor me median diante te PW PWM M par para a obte obtener ner la car caract acterís erística tica de salida V 1 /f 1. El El vo voltaje V 0 es ne nesesario para re reducir el efe efec cto de la resis iste tenc ncia ia de dell estator.

V1 Vn

f 1 disminuyendo

f 1b

f 1máx

(ω1b)

(ω1 máx)

f 1b

f 1

V 1

f1  aumentando

= V   + K  ⋅ f  0

f 

1

V0 = 0 V0 ≠ 0

Zona debilitamien debilitamiento to de campo

f 1máx

Contro troll Escal Escalar ar ( v/f v/f ) Con (ω1b)

Zona de flujo máximo

 

ω

r 

a.) Cara Caracter cteríst ística ica V1/f 1  b.) Curva Te/ωr 

 

PARA OPERACION CON FLUJO DEL ROTOR CONSTANTE LA FAMILIA DE CURVAS PAR –VELOCIDAD SON LINEALES

Te

=

3 λ r 0  p 2

2

(ω1 − ωr ) r r  Frecuencia variable y tensión constante

Tensión y frecuencia variable

Curvas Curv as de Par – Ve Velo loci cida dad d pa para ra flu flujo jo de dell rot rotor or co cons nsta tant ntee λr  b = ct. 1b; volt hast ha staa la fre frecu cuen enci ciaavar nomi no mina nal voltaj e co cons tant ntee y frecu frecuen enci ciaa variab iable le lpor pω or arrib arriba aaje de ω nsta 1b

 

2

(Tek )ω >ω = 3 p 1

1 b

2

2

K s ⋅ Vs 0 2 2r r τ r ' ω1

Curvas Curv as de Par Par - Velo Veloci cida dad d para para aamp mpli litu tud d de fluj flujo o esta estató tóri rico co constante λs hasta ω1b y ten tensi sión ón co cons nsta tant ntee po porr ar arri riba ba ω1b

 

 ACCIONAMIENTO DE CONTROL ESCALAR  V1

Fuente AC

V0 F 1 V0

+

2 + Kf  Lím. Corriente

+

L

Vc C

K

Rb GTO

Comando de Velocidad Wm*

Is

m

Inversor  PWM

f  Retardo

Is

M

 Accionamiento

de

frecuencia variable a lazo abierto con limitación de corriente y frenado dinámico.

 

 ACCIONAMIENTO DE CONTROL ESCALAR  V1*

Fuente AC

V0 Regulador  Voltaje

F 1

2

V0 +

+

Kf 

+

L

Vc C Comando de Velocidad Wm*

Regulador  Velocidad e wm

Rb

K Generador  Funciones

GTO

f  e

Is* +

m I

-

Inversor 

f  e

f 

PWM

I V1

Wm

Signo de e wm

+ /- 1 X

Is Limitador Corriente M

Wm Dt Tacogenerador 

 Accionamiento de frecuencia variable a lazo cerrado

 

MAQUINA DE INDUCCION Comportamiento Dinámico El modelo en régimen y elestudiar circuitolaequivalente en de la sección anterior es muypermanente utilizado para prestación desarrollado de la máquina inducción operando en régimen permanente. Este análisis no toma en cuenta los cambios transitorios de origen eléctrico durante cambios que se producen en la carga acoplada acoplada al motor, motor, así como también, también, no considera considera las variacione variacioness en la frecuencia del estator. Tales efectos se observan frecuentemente en los accionamientos de frecuencia variable. El modelo dinámico del motor debe tomar en consideración los efectos instantáneo instan táneoss de las variaciones variaciones de voltaje voltaje – corrie corriente, nte, la frecuencia frecuencia del estator, estator, y las perturbaciones de par. El modelo dinámico del motor de inducción es divulgado usando el modelo del motor en dos fases determinados por los ejes directo y en cuadratura.

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Fundamentos de la Orientación de Campo El concepto de orientación de campo, propuesto por Hasse en 1969 y Blaschke en 1972, constituye discutiblemente, en el paradigma más popular en la teoría y práctica en de el control de hacer motores esencia,emule el objetivo de de la orientación campo es quedeel inducción. motor de En inducción al motor corriente continua de excitación independiente con una fuente de par ajustable. Por tanto, es primero conveniente revisar los fundamentos de la producción y control de par en la máquina d.c. q ia

N

S d λ   f 

Te

if 

λ   f 

×

Te  

kt

= kt λ f ia

ia

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Fundamentos de la Orientación de Campo Las corrientes de las tres fases pueden ser convertidas a las corrientes en los ejes d – q al sistema de referencia sincrónico usando la transformación:

⎛ ⎜ sin θ f qs ⎡⎢i e ⎤⎥ = 23 ⎜⎜   ⎢⎣ids ⎥⎦ ⎜ cos θ f ⎝ e

⎛

si n ⎜ θ f

⎝ ⎛ cos ⎜ θ f ⎝

⎞ ⎟ 3 ⎠ 2π −  ⎟⎞ 3 ⎠

−

2π

⎛

+

2π  ⎞ ⎞

  ⎟ ⎟ ⎡ias ⎤ 3 ⎠ ⎟  ibs ⎝ 2π  ⎞ ⎟ ⎢ ⎥ ⎛ cos ⎜ θ f  + ⎟  ⎣⎢ics ⎦⎥ ⎟ 3 ⎠⎠ ⎝ sin ⎜ θ f 

is

2

= ( iqes ) + ( ides )

θ  s

  ⎧⎪ i qes = t a n  ⎨ e ⎪⎩ i d s  

−1

Escribiendo las ecuaciones del flujo abarcado del rotor y el par en términos de estas componentes obtenemos:

  ∝ i f 

λ r

Te

∝ λ r iT ∝ i f iT

 

⎫⎪ ⎬ ⎪⎭

2

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Fundamentos de la Orientación de Campo El problema radica en la implementación del control vectorial para obtener la adquisición de la posición del fasor de flujo del rotor, θ f  f.  El ángulo del campo puede ser escrito como: θ  f

= θ r + θ sl θ f

= ∫ (ωr + ωsl ) dt = ∫ ωs dt 

 

Los esquemas vectorial son clasificados acuerdo ausando como los el ángulo de campodeescontrol adquirido. Si el ángulo de campo de es calculado terminales de voltaje y corrientes o empleando sensores de efecto Hall o devanados para medición del flujo, se le llama Control Vectorial Directo  Direct Fie ld Or Oriende tatila on posición - DFOdel (unidades ).  Elrotor ángulo ser obtenido captoras y porpuede la estimación parcial usando de los parámetros de la máquina, sin recurrir a la medida de otras variables como son el voltaje y la corriente. Esta estrategia es denominada Control Vectorial

Indirecto (In Indi dire rect ct Fi Fie eld Ori Orien enta tati tion on – IF IFO  O ). ).

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Fundamentos de la Orientación de Campo El algoritmo para implementar el Control Vectorial se resume a continuación:

• •

Obtener el ángulo del campo, Calcular la componente de flujo producido por la corriente, para un determinado flujo abarcado del rotor, λr. Controlando solamente ésta corriente de campo, se controla el flujo abarcado en el rotor. De manera similar al control de un motor d.c. de excitación independiente, el control de la corriente de campo no impacta a la corriente de armadura,

•

 A partir de y el requerido , calcular la componente de corriente en el estator que produce produce el par, . Control Controlando ando la componente componente de de corriente corriente que produce el el  par cuando el flujo abarcado en el rotor es constante, garantiza un control independiente del par electromagnético. Con los pasos (II) y (III) se tiene un desacoplamiento del flujo y el par en la máquina de inducción.

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Fundamentos de la Orientación de Campo Continuación: • • • • •

Calcular la magnitud del fasor de corriente en el estator, , a partir de la suma vectorial de e . Calcular el ángulo del par empleando las señales de comando de las componentes de flujo y par, , Sumar θ T y θ f para obtener el ángulo del fasor de corriente de estator, θ s , Utilizando el ángulo del fasor de corriente del estator y su magnitud, θ s e , se hallan las señales de referencia del estator mediante la transformación qdo a variables abc. Imponerr estas Impone estas intensid intensidades ades usando usando el inverso inversor. r. Cu Cuando ando se alcanza alcanza estos valores de corriente en el estator, se producen los valores deseados de par y flujo abarcado en el rotor.

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Fundamentos de la Orientación de Campo ias

∗

= is∗ sin θ s

ib∗s

= is∗ sin ⎜⎛ θ s − 2π  ⎟⎞ 3 ⎠ ⎝ 2π  = is∗ sin ⎛⎜ θ s + ⎞⎟ 3 ⎠ ⎝

∗

ics

e vqs

vs is vqs e iqs

= iT 

iqs θ s

φ 

e vds

θ T  θ  f 

λ r  e

θ sl

vds

ids

=i

f 

θ r 

θ  f

= θ sl + θ r 

θs

= θ + θ 

f

ids

Sistema Referencia del Rotor 

T 

Sistema Referencia

del Estator 

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Fundamentos de la Orientación de Campo Control Vectorial Directo (DFO) Entrada DC

MI

Inversor  Regulador PI velocidad

Limitador 

 ∗

ω r 

+

Regulador  PI de par 

 ∗ e

T  +

-

ig1-ig6

iT ∗ T e

ω r  ∗

λ r 

+ λ 

Generador  de función para el flujo

r 

∗  f 

i

-

Controlador  Corriente

is∗ Cálculo Magnitud y Angulo

ibs Tacogenerador 

ias

ω r 

Síntesis Comando ∗ ∗ ∗ Corriente ia s ib s ic s

 ∗

θ T 

,

,

+

+

θ 

Regulador  PI de flujo

 f 

Procesador  Flujo y Par 

Fem inducida por medición de voltaje en los terminales o bobinas sensores

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Fundamentos de la Orientación de Campo Procesador de Flujo y Par: iqr 

vqs vas

+

Tabc ab c

+

vbs

vds

-

Rs

Tabc ab c

∫

1/Lm

+

Lr 

-

+

Lm

idr   

1/Lm

Ls

iqs

ias

ibs

∫

-

+

Lr 

λ qr 

+

ids

λ r 

Cálculo Magnitud y Angulo

Rs Ls

θ  r 

+ Lm

λ dr 

+

X

-

3

+ Lm

X

Medición de los voltajes en los terminales del motor.

P

2 2

 

Te

Medición de la f.e.m. inducida por inductores sensores o sensores de efecto Hall.

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Fundamentos de la Orientación de Campo λ ds λ qs

Cálculo del Flujo de Estator:

λs θ   fs

Te

= ∫ ( vds − Rs ids ) dt = ∫ ( vqs − Rs iqs ) dt =

2

( λ )  + ( λ ) qs

   

2

ds

∠ θ fs

 

⎛ λ qs ⎞ tan n  ⎜⎝ λ ds ⎟⎠ = ta −1

=

3 P 2 2

(i

qs λ ds

− ids λ qs )

En éste caso, el lazo del flujo puede completarse completarse a partir del flujo abarcado del estator en vez del flujo abarcado del rotor. La precisión del algoritmo no es muy alta, aún cuando depende solamente de la resistencia del estator y no de otros parámetros. La sensibilidad en la variación de la resistencia del estator y su impacto en el cálculo del flujo abarcado en el estator, estator, así como también, también, en el par electrom electromagnét agnético ico es alta, alta, cuando el voltaje voltaje en el estator es bajo y de magnitud comparable a la caída de tensión en la resistencia del estator. Por tanto es necesario a baja velocidad la dinámica de ésta configuración es muy pobre.

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Fundamentos de la Orientación de Campo Control Vectorial Indirecto (IFO): Para simplifica simplificarr el estudio, estudio, se asumirá asumirá que se dispone dispone de un CSI. En éste éste caso, las corrientes de fase del estator sirven como entradas, por lo que se puede despreciar la dinámica del estator. Las ecuaciones del rotor de la máquina de inducción donde participa el flujo abarcado como variable son: e

 Rr iqr e r dr

 R i

+ pλqer + ωsl λ drder =  0 e d λr

+p

+

e s l qr q ω λ  r

= ωs − ω r   e e e λ qr  = Lm iqr + Lr iqs

ωsl

  = L

e λ dr

e m ds

i

+Li

e r dr

 

=  0

 

Te

= 3 P  Lm ( λder iqes − λqer ides ) = 3 P Lm ( λ der iqes ) 2 2  Lr

=K

λ

i

e

2 2 Lr 

=K

λ  i

te

r qs

te

r T  

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Fundamentos de la Orientación de Campo Control Vectorial Indirecto (IFO): ∗

iT

∗

i f

=

=

Te∗ ∗ Kte λr ∗ λ r  ∗

⎞ ⎜⎛ 2 ⎟⎞ = K   it  ⎜⎛ T e∗∗ ⎟⎞ ⎜⎛ L∗∗r  ⎟⎞ ⎞⎛ = Te∗∗  L∗∗r ⎜⎛ 2 ⎟⎟⎜ λr Lm ⎝ 3 ⎠⎝ ⎠ ⎝ P ⎠   ⎝ λ r ⎠⎠⎝⎝ Lm ⎠

∗ ω sl

∗ ∗ ∗ ∗ = Kit ⎡⎢ Lr∗ ⎤⎥ ⎢⎡ Te 2 ⎥⎤ = Kit Rr∗ ⎢⎡ T  e 2 ⎥⎤ = Lm∗ ⎢ ∗ ⎥ T  ⎣ Tr ⎦ ⎣⎢ ( λr∗ ) ⎦⎥ ⎣ ( λ r  ) ⎦ r

iT ∗ ∗ λ r 

(1 + pT ∗ ) r 

 Lm

Las ejes referencias d y q y abc  de son:corriente en los

∗ θs

iq s

∗

=

i s s i n θ s

∗

∗

id s

∗

=

i s c o s θ s

∗

∗

ia∗s

=

i s∗ s i n θ s∗

ib s

∗

=

is s i n ⎜ θ s

−

2

ic∗s

=

i s∗ s i n ⎜⎛ θ s∗

+

2 π  ⎟⎞ 3 ⎠

∗

⎛ ⎝

⎝

∗

3

π 

⎞ ⎟ ⎠

= θ f + θT∗ = θ r + θ s∗l + θT∗  

 

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Fundamentos de la Orientación de Campo  Accionamiento de Control Vectorial Indirecto: El comando regulador PI de de par velocidad es generado encargado a partir de anular de la elseñal errordedecorrección velocidad. del La estrategia para generar el comando de flujo se lleva a cabo con la velocidad medida definida por: ∗ λr

= λb ω  = b

ω r 

≤ ± ω r ≤ ± ω no min  al ± ω b ≤ ± ω r ≤ ± ω r ( max )

0 λb

 y

ωr

≥ ωb

 

λb  y ω b son el flujo nominal abarcado y la velocidad del rotor donde respectivamente. El flujo se mantiene en su valor nominal hasta la velocidad base del motor; por arriba de la misma, el flujo se debilita para mantener la potencia constante al igual que un accionamiento d.c. En éste caso, se requiere hacer una tarea compleja de procesamiento. Para la obtención de las corrientes absorbidas por el motor, se muestrean dos fases únicamente; la tercera variable se reconstruye gracias a las dos intensidades procesadas. A travéss de un codificador travé codificador digital digital se puede determina determinarr la velocidad y/o posició posiciónn

del rotor.

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Fundamentos de la Orientación de Campo  Accionamiento de Control Vectorial Indirecto: Entrada DC

MI

Inversor 

T r  d  d t 

Generador  de función para el flujo ∗ λ r 

+

1

+

 L m

 ∗

ω  r 

T e  ∗

+ ω r 

∗

 L r 

∗

 L m

T e

λ r 

-

ig1-ig6

Modulador  ias

i  f ∗

iT ∗

Generador  Corriente Estator 

Regulador  PI de Par 

 R r 

 

 R r 

ibs

ω sl∗

∗

λ r 

θ  r 

∗

∗

∗

i a s , ib s , ic s

Codificador  Velocidad y Posición

 

Control Directo de Par Fundamentos del Control Directo de Par (DTC)  Adicionalmente a los sistemas de control vectorial, se puede producir una respuesta rápida de empleando Par  . El controldire cont roldirecto ctopar de electromagnético par fue fue desarrollad desarrollado o hace masControl de una una Directo década por pde or

investigado investi gadores res de Japó Japónn y Alem Alemani aniaa (Taka (Takahas hashi hi y Noguc Noguchi hi en 1984 1984,, 1985; 1985; Depenbrock Depenbro ck en 1985). 1985). Los accionamientos accionamientos de control control directo directo de par tomaron gran interés lo que motivo a ABB a desarrollar el accionamiento de control directo de par para máquinas de inducción, que puede operar según ABB a velocidad cero y alto par. Después de la aparición del accionamiento DTC, otros fabricantes han elaborado accionamientos DTC basados en inteligencia artificial. En un accionamiento DTC, el flujo del entrehierro y el par electromagnético son controlados directamente e independientemente por la selección óptima de los modos de conmutación del inversor. La selección se realiza restringiendo los errores del flujo y par electromagnético dentro de una banda de histéresis, para obtener una rápida respuesta de par, una abaja frecuencia de conmutación en el inversor y pérdida reducida debido las armónicas.

 

Control Directo de Par Las principales Entrada AC

características del DTC son:

RECTIFICADOR

teref 

+ -

Comparador de Par  con Histéresis

dte Conmutación

ψsref 

INVERSOR VSI

Optima del Inversor  + -

Comparador de Flujo con Histéresis

dψ

ρs

⏐ψ s⏐ te

UsB Estimador de Flujo Mutuo y Par Electromag.

UsA

IsA

IsB Motor  de Inducción

•Control estator directo del flujo de •Control directo del par electromagnético •Control indirecto de del las corrientes y voltajes estator •Corrientes de estator y del flujo del estator aproximadamente sinusoidales •Oscilaciones reducidas de par •Excelente en elque par •Frecuenciadinámica del inversor depende de las bandas de

histéresis del flujo y del par

 

 Accionamiento DTC Entrada AC

Controlador de Referencia de Par 

t eref 

-

-1

ω rref  + -

ε te

t erefi +

1

te

Comparador de Pa r  con Histéresi Histéresis s

RE CT I F I CA DO R

Tabla de Conmutación Optima del Vector en el Inversor 

Regulador PID y Compensación con  A ce le ra ci ón

Ud

d te IN V E R S OR IC GT s

Controlador del ON /OF F Optimización Flujo ON /OF F Flujo de Frenado ON /OF F Reducción Flujo

Flujo de Referencia f 1

ρs

dψ f 

f 2

⏐ ψ srefi⏐ +

f  f 3 f 

-

εψ s Comparador de Flujo con Histéresis

⏐ ψ s⏐ te

⏐ ψ s⏐ ω r 

Modelo Adaptivo de l Motor de Inducción

I sA I sB

Motor Jaula Ardill Ardilla a (media tensión)

Diagram a de bloques esquem át ic ico o del

Motor de Inducción

 A c c io n a m ie n to D T C d e A B B p a ra M o to re s d e In d u c c ió n

 

Procesador Digital de Señales TMS320x240 RAM DATOS 544 w x 16

MEMORIA FLASH ROM 16 Kw x 16

Gestor de Eventos EVM

Tres Temporizadores Doce Salidas PWM

 A (15-0)

Nueve Registros Comparadores

D (15-0)

Lógica Tiempo Muerto

Cuatro entradas con captura y dos interfases con cuadratura de pulsos

NUCLEO DSP 20 MIPS T320C2xLP

Doble Conversor   ADC 10 Bits Detector Bajo Voltaje Temporizador  Perro Guardián

SPI y SPC

Cuatro Puertos E/S

Salidas PW Salidas PWM M para control de convertidores de energía DC/DC y DC/AC. Permite implementar  técnicas como PWM rectángular, SPWM y SVPWM con control programable del tiempo muerto, para proteger a los dispositivos dispositi vos del convertidor.

Captura señales de pulsos emitidas por Encoder o por  Optoacopladores

Procesa señale s eñales s analógicas analóg icas provenientes de sensores de efecto efect o Hall, Shunt, Transformadores, Tacogeneradores

 Además di  Además dispon spone e de: detector de bajo voltaje, interfase de comunicació comunicación n serial, temporizador de vigilancia, vigil ancia, y puertos de entrada - salidas digitales. Interrupciones por final de conversión, protección de la sección de potencia, conversión ADC, etc.

 

Control Vectorial de Motores de Inducción  Accionamiento de Control Vectorial Comercial: Entrada  AC

RECTIFICADOR

Udc f 

xy

f  UL

f s

f s + +

∆ f 

Modelo del

Generador del Generador Vector de Voltaje

Motor 

(sin carga)

t

ISXO f 

ISYO

+ +

θ  L

+

Lógica de Conmutación

On/Off 

INVERSOR IGBTs

Us

θ 

θ 

T

s

+

c

ab

∆θ  Compensador  con Carga

f s

U

PWM-ASIC UComp

 ρ 

IU Compensación del Deslizamiento

ISX

xy

IV

2 ab

3

ISY Motor 

IW

de Inducción

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Parámetros de un Accionamiento:

Funcionamiento y Display: Idioma del display Tipo de Control: Local o Remoto Referencia Local Tabla de operación: tabla de parámetros asignada Presentación de variables en el display Modo de operación: lazo abierto o lazo cerrado Parada, velocidad JOG, cambio de giro y reset local

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Parámetros de un Accionamiento: Carga y Motor: Tipo de configuración: Lazo Abierto de Velocidad Lazo Cerrado de Velocidad Lazo de Proceso (regulador ModoCerrado de Par (control velocidad a parPID) constante) Modo de Par con Control Velocidad a Lazo Cerrado Tipo de Carga: par constante alto, par constante normal, par variable bajo, alto o medio, motor especial, par variable normal con par de arranque alto, medio o bajo Datos del motor: potencia, tensión, frecuencia, intensidad y velocidad nominal del motor Prueba de Identificación del motor (Rs, Xs) en forma automática Parámetros manuales de RS y Xs Magnetización del motor

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Parámetros de un Accionamiento: Carga y Motor: Compensación de carga en baja y en alta velocidad (V/F óptimo) Compensación del Deslizamiento Tiempo Función de de aplicación arranque: del par alto Freno DC en el arranque Freno DC con retardo en el arranque Inercia Función de Parada: Inercia DC mantenida Comprobación del motor Premagnetización Tiempo y frecuencia de frenado por DC Protección térmica del motor Frecuencia y tensión de Arranque

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Parámetros de un Accionamiento:

Referencias y límites: Rango de frecuencia de salida y sentido de giro Límites dereferencia frecuenciay realimentación Límite de Referencia mínima y máxima Tipo de rampa: lineal y senoidal Tiempo de aceleración y deceleración local o remoto Rampa frecuenciasuma del JOG Tipo de yreferencia o relativa Límite de par en funcionamiento y en parada del motor  Advertencias de intensidad, intensidad, frecuencia y realimentación Frecuencias de By-Pass

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Parámetros de un Accionamiento: Entradas y salidas:  Asignación de funciones de entradas digitales:  Arranque – parada Cambio Reset de giro  Arranque por pulsos Inversión Entrada de pulsos  Arranque - inversión  Asignación de funciones de entradas analógicas (voltaje o corriente): Referencia Señal de realimentación Límite de par

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Parámetros de un Accionamiento: Entradas y salidas: Termistor Referencia relativa Frecuencia de par máximo  Asignación de funciones funciones de salidas analógicas (corriente): (corriente):  Velocidad, Potencia, Intensidad, Intensidad, Frecuencia o Par del motor motor  Asignación de funciones de salidas digitales: Convertidor listo Convertidor en funcionamiento Falla del equipo Inversión de giro Fuera del rango de frecuencia, corriente o par Bus DC OK  Freno

 

Control Vectorial de Motores de Inducción Parámetros de un Accionamiento: Funciones Especiales: Referencia de pulso en Hz Realimentación de pulsos en Hz Función de freno: Sin freno Resistencia de frenado Control por sobretensión Control por sobretensión y parada Resistencia de frenado en ohmios Potencia térmica de la resistencia de freno Comprobación del freno Función del reset

 

Control Vectorial de Motores de Inducción

Parámetros de un Accionamiento:

Funciones Especiales: Tiempo de re-arranque automático Descarga del bus del DC par Retraso derápida desconexión Frecuencia de conmutación Factor de sobremodulación Unidad de  Ajustes delproceso PID  Valores V/F de motor especial Motor en giro

 

Control Vectorial de Motores de Inducción

Parámetros de un Accionamiento: Comunicación: Dirección asignada  Velocidad Baudios Parámetros a enviar o recibir

Otras funciones adicionales: Horas ejecutadas Energía consumida KWh Registro de fallos Datos de par, funcionamiento: temperatura, etc. Reset

arranques,

paradas,

corriente,

 

Control Vectorial de Motores de Inducción

 Advertencias y Fallas típicas en Accionamientos AC Falla SMPSen la fuente de alimentación

Error de EEPROM

Sin motor

Fallo de identificación del motor

Pérdida de fase de la red

Motor demasiado grande

Tensión alta en el circuito intermedio Tensión baja en el circuito intermedio

Motor demasiado pequeño Falla de prueba de freno

Sobretensión en el circuito intermedio

Falla de resistencia de freno

Sobrecarga del inversor Sobretemper Sobre temperatura atura en el el motor motor

Fallo del transistor de freno Sobretemper Sobre temperatura atura en el disipa disipador dor

Límite de par

Pérdida de fase del motor U o V o W

Sobreintensidad

Fallo en comunicación

Defecto a tierra

Fallo de la red

Cortocircuito

Fallo del inversor

 

PRIMER SISTEMA A CONTROLAR: Criba

Transporte de Entrada

Tolva con Pellas Máquina Inducción  Acoplam..  Acoplam

Mecanismo de Vibración

Transporte

de Salida

Fig.1 Diagrama simplificado de la Criba

 

CARACTERISTICAS DEL SISTEMA DURANTE LA FASE DE ARRANQUE



La criba oscilación

entra en a baja

 Amplitud  Ampl itud

frecuencia; en un valor apr óx. de 10 Hz. Esto obliga a la utilización de saltos en la frecuencia del inversor a baja velocidad 

Alto par de arranque

S

wo

3wo

6wo

Fig. 2 Comportamiento de la criba a baja frecuencia

w

 

SEGUNDO SISTEMA A CONTROLAR: Plato Giratorio Fig.1 Plato de Dosificación Sistema Transporte Entrada

Tolva Mineral Hierro

Disco Giratorio

Reductor  común

Sistema Transporte Salida

Máquinas

Inducción

 

CARACTERISTICAS DEL SISTEMA

 El pa parr difer d dife iferenc iferen rencia encial cial iall es ent enton entonces onces ces::

∆ M =

(n2 − n1 ) M n 2 ndesliz



expres resiión anterior nos indica que para mantener el Par  La exp constante la velocidad de los motores debe regularse con gran precisión.



 La dif difere erenc ncia ia de vel veloci veloc ocida idad dad d ent entre entre re los mo motor tores es deb debe debe e ser lo más pequeña posible, para evitar el efecto de regeneración del motor que es arrastrado arrastrado..

 

Inversor de Dos Niveles

 

Accionamientos Especiales

Rectificador PWM e Inversor de Tres Niveles

 

Inversor de Tres Niveles