ControlControl Directo del Par sin Directo del Par sin Sensores de Velocidad par MI.Sensores de Velocidad par MI.

ControlControl Directo del Par sin Directo del Par sin Sensores de Velocidad par MI.Sensores de Velocidad par MI.

Dr. Pedro Ponce

Accionamientos eléctricos de velocidad variable

• MAQUINAS DE CD

• MAQUINAS DE CA

CONTROL ESCALAR (V/F)

CONTROL VECTORIAL

(DIRECTO E INDIRECTO)

CONTROL DIRECTO DEL PAR

(AUTO CONTROL)

CONTROL LINEAL

Control directo del par

• CONTROL DESACOPLADO.

• CONTROL SENCILLO (ON-OFF).

• TRABAJA EN LAZO ABIERTO Y LAZO CERRADO.

• SE REQUIERE UN INVERSOR CONVENCIONAL.

• NO ESTAN SENSIBLE A CAMBIOS DE PARAMETROS.

Objetivos

• Desarrollar un algoritmo de control de la velocidad en lazo cerrado sin sensores, en el motor de inducción, sin incrementar la complejidad del esquema convencional de control directo del par.

• Desarrollar un algoritmo que permita mejorar la respuesta dinámica del flujo del estator, disminuyendo su distorsión armónica.

• Desarrollar un algoritmo para mantener la frecuencia de conmutación constante en el inversor fuente de voltaje (VSI).

Justificación

• El esquema convencional del control directo del par presenta algunas desventajas como son:

• Frecuencia de conmutación variable.

• Distorsión del flujo y la corriente causada por el cambio de sector en el plano (d-q) complejo.

• Problemas durante el arranque y en bajas velocidades.

El modelo del motor de inducción utilizado en el DTC, es el modelo vectorial del motor en coordenadas d-q estacionarias. El modelo empleado no contempla la saturación del circuito magnético, siendo las ecuaciones utilizadas en el modelo las siguientes:

Principios del control directo del par

rslipS

sdsqsqsd

sqmrqrrq

sdmrdrrd

rqmsqSsq

rdmsdSsd

rdsliprqrqr

rqsliprdrdr

sdSsqsqSsq

sqSsdsdSsd

iipT

iLiL

iLiL

iLiL

iLiL

iR

iR

iRv

iRv

23

0

0

Vectores espaciales de la corriente del estator, flujo del rotor y flujo del estator en un marco de referencia estacionario (d-q).

sd1

R

sq1

1

1S

S

X

Y

L 1iS S

11S X

1

R(L /L )m R

1SY

sen'23

SRRS

m

LLL

PT

)( ssss Riv

Ecuaciones elementales en el DTC:

Control convencional en lazo abierto del control directo del par.

T

T

s

v

s

Selection

TableINVERTER

INDUCTIONMOTOR

i

v

s

iT

*

Inversor fuente de voltaje (VSI)

Conexiones de los devanados del motor a la fuente de corriente directa

Variaciones del vector flujo del estator empleando diferentes vectores de voltajes.

V_k

V_k+1V_k+2

V_k+3

V_k-2 V_k-1

s

s

V_0

K-th Sector

V_7

Influencia de los vectores de voltaje relativos sobre el flujo del estator y par electromagnético

V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 & V8

|S --------------

T

Selección de los vectores de voltaje para cada uno de los sectores en el plano (d-q)

Estado

del S

Estado

del T

Sector 1 Sector 2 Sector 3 Sector 4 Sector 5 Sector 6

1

1

0

-1

V2

V7

V6

V3

V8

V1

V4

V7

V2

V5

V8

V3

V6

V7

V4

V1

V8

V5

0

1

0

-1

V3

V8

V5

V4

V7

V6

V5

V8

V1

V6

V7

V2

V1

V8

V3

V2

V7

V4

Resultados alcanzados y esperados

• Algoritmo convencional del DTC.

• Empleo de una Red Neuronal para la estimacion de la velocidad en un esquema de lazo cerrado del DTC.

• Mejora en la respuesta dinámica del flujo del estator en las diferentes zonas de operación.

• Frecuencia de conmutación constante en el inversor.

Esquema propuesto de control

v

i

T*

s

v

T

i

s

Selection

Table

i

v

INVERTER

INDUCTIONMOTORMODEL

S S_VA

C F

PI

ANN

WR

Algoritmo convencional del DTC

Empleo de una Red Neuronal para la estimacion de la velocidad en un esquema en lazo cerrado del DTC:

v

i

T

T *

s

v Ti s

s

Selection

Table

i

v

ANN

Wr*

Wr

PI

INVERTER INDUCTIONMOTOR

La red neuronal es de 3 capas con 11 neuronas, las estradas son los voltajes y las corrientes del estator, siendo la salida la velocidad estimada.

v

i

T *

s

v

T

i

s

Selection

Table

i

v

ANN

INVERTER

INDUCTIONMOTORMODEL

ERROR

S

Resultado de la simulaciónesquema de DTC en lazocerrado.

Resultado de la implementación del esquema de DTC en lazo cerrado.

Mejora en las diferentes zonas de operación de la respuesta del flujo del estator:

Problemas en la distorsión del flujo del estator (Figura tomada de [3]).

Sectores variables

Sectores variable A)0, B)20,C)25 y D)30 grados.

Respuesta dinámica delFlujo del estator en el planocomplejo d-q con S_V a 30 grados

Campo debilitado

A BRespuesta dinámica flujo Respuesta dinámica flujodel estator , método sectores variables a 15 g. Convencional. Banda de histeresis .002.

Frecuencia constante

Frecuencia de conmutación de la banda de histeresis del par.

Frecuencia de conmutación de la banda de histeresis del flujodel estator.

Flujo del estator con Banda variable

Respuesta dinámica del flujo del estatorbanda variable.

Respuesta del flujo en el planod-q complejo, banda variable

Respuesta dinámica del flujo del estator con banda de histeresis variable con

sectores variables A)0, B)15, C)25 y D)30 grados.

Avances científicos

Neural Network Speed Identification SchemeFor Speed Senser-less DTC Induction Motor Drive System*

Xianmin Ma. Zhi NADepartment of Automation Engineering

Of Xi`an University Of Science And TechnologyNo. 14 Yanta Road, Xi`an, Shannxi P.R. China, Postcode: 710054; Tel (029)-55833997

Avance Industrial

Esquema del control directo del par (ACS600 de ABB).

Conclusiones

• La red neuronal propuesta permite estimar la velocidad del motor a partir de las corrientes y los voltajes del estator del MI.

• Los sectores variables se pueden emplear para mejorar la respuesta dinámica del flujo en las zonas de par constante y de campo debilitado.

• Se puede controlar la frecuencia de conmutación a través de un regulador difuso, teniendo como entrada la velocidad de la red neuronal y como salida, el ancho de las bandas de histeresis del par y del flujo.