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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL LABORATORIO DE CONTROL DE MÁQUINAS

PRÁCTICA N°8 1. TEMA SIMULACIÓN DE CONTROL VECTORIAL POR ORIENTACIÓN DE CAMPO (FOC) DE UNA MÁQUINA TRIFÁSICA DE

INDUCCIÓN O ASÍNCRONA

2. OBJETIVOS 2.1. Analizar las técnicas de modulación para motores trifásicos de inducción

2.2. Analizar el funcionamiento del control vectorial aplicando a un motor trifásico de inducción.

INFORME:

1) Presente las formas de onda y el circuito final simulado en la práctica para modulación SPWM y

SVM (y mostrar la diferencia y ventajas de la una sobre la otra)

Circuito de Potencia incluido el circuito de carga automático del capacitor del bus de DC.

Circuito de control


VSM


Espectro de Fourier del voltaje línea línea con modulación SVM


Modulación SPWM

Circuito de potencia y control

Formas de onda y análisis de Fourier

Señales para general la SPWM


Espectro de Fourier del voltaje línea línea con modulación SPWM

Análisis de resultados: en base al análisis de fourier el volteje línea-línea con el que se alimenta al motor de

inducción utilizando SVM presenta menor contenido armónico que al modular con SPWM, por lo que se deduce

que la técnica de moculación SVM es mejor que cuando se modula con SPWM.


2) Mostrar como varía 𝑰𝒒 e 𝑰𝒅 luego poner una carga de torque, estableciento una paso de 1000-1500

rpm analizar con filtro y sin filtro. EL torque varía de 0.2 Nm @ 0.4 Nm, mostrar la respuesta en lazo

cerrado.

Paso de velocidad de 1000-1800 [rpm]

Formas de Onda de las señales con filtro


Formas de Onda de las señales sin filtro

Circuito de Potencia con el Paso de Carga


Paso de carga

Como se aprecia en la figura anterior se tiene la compensación ante un paso de carga, por lo

que la máquina avanza a compensar su velocidad y sigue la velocidad de referencia, probando

el correcto funcionamiento del controlador.

3) Analizar el circuito de ejemplo proporcionado por PSIM del control digital que utiliza el Control

Vectorial.


Desglozando por bloques

Transformación de abc @ dq0.- En este bloque se realiza la transformación de parámetros de las corrientes en

ABC para poder disponer de Id e Iq para controlar el flujo y torque respectivamente. El bloque en mención posee

una entrada de posición angular que es el resultado del lazo de control de velocidad con un integrador, con el

objeto de mantener alineados los ejes de alfa e Id para que el sistema transformado se reduzca a dq0 y hacer

del control factible.

Entonces para controlar la velocidad y el torque se va a realizar el control tanto de Id como de Iq.

Para realizar el control de Id se utiliza el bloque mostrado en la figura, para la cuál se requier de la señal de

referencia y la Id de salida del bloque abc @ dq0. Se implementa un control PI.

Para realizar el control de Iq para controlar el torque se procede de la siguiente manera:

- Se dispone del modelo de la máquina trifásica de inducción, la cual tiene como entradas los valores de

Id, Iq y la posición angular que da el encoder; y da como salidas la velocidad de la máquina y el ángulo

theta de alineación de los ejes alfa e Id.

- Ahora, con la velocidad de la máquina y una señal de referencia de la velocidad, se realiza el control PI

de velocidad dando como resultado la referencia de Iq (ya que está directamente relacionada), luego

con este valor de referencia de Iq y la señal de salida Iq del bloque abc@ dq0, se obtiene el valor de Iq

controlada.


En el bloque de transformación dq0 @ abc se realiza la transformación de coordenadas dq a abc para tener las

señales sinusoidales modulantes de cada ramal para la comparación con la señal portadora diente de sierra.

Es entendido que en la práctica se deben enviar las señales a cada para de igbt’s de forma negada y con zona

muerta, para evitar los cortocircuitos.


4) Demostrar el debilitamiento de campo con la carga a 80Hz y con 𝑰𝒅 = 𝒄𝒕𝒆 para que el motor no sea

capaz de mover la carga, LUEGO, modificar para arrancar la carga. (Compensación de torque).

Se tiene el debilitamiento de campo.

Se tiene el circuito de completo de Control por Debilitamiento de Campo

Donde se tiene una carga demasiado alta por lo que el motor no es capaz de moverla.

Como se aprecia en la figura, la velocidad decae.


Debido al decaimiento de la velocidad se debe realizar una compensación de la Id, para poder llegar a

velocidades deseadas, realizando una compensación ante esa carga al arranque del motor.

Bloques de Control

Compensación del Regulador de la corriente Id.

Bloques de Control


Forma de Onda de compensación al arranque:

Se realiza una compensación en la corriente Id, para que el motor pueda arrancar y poder llegar a su

velocidad de referencia, para un motor AC de 4 polos a 80 [Hz] es de 2400 [r.p.m]

Se tiene el debilitamiento de campo al realizar una compensación en la corriente Id, haciendo que la velocidad

aumente por encima de su nominal.

5) Conclusiones y Recomendaciones.

- Para el control vectorial por debilitamiento de campo se debe tener en cuenta la compensación de

torque en el arranque, ya que el motor es incapaz de mover cargas altas si estas se encuentran

conectadas, por lo que el controlador debería tomar las acciones necesarias y compensar la

corriente Id, que tiene que ver con el flujo de la máquina para que éste se mantenga constante y

así poder también controlar el torque. El torque está directamente relacionado con la corriente Iq.

- Cuando se realiza un paso de carga de torque en el sistema completo a lazo cerrado, se tiene que

el controlador compensa las corrientes Iq lo que quiere decir que el torque depende de la corriente

Iq.

- Al realizar la simulación de las técnicas SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulated) y SVM (Space

Vector Modulation) y obtener el espectro de Fourier del voltaje línea línea de alimentación al motor,

se concluye que con modulación SVM el contenido armónico es menor.

- El uso de filtros pasabajos es indispensable al momento de realizar las mediciones, así como es

aislamiento del circuito de potencia del de control.

- Es determinante el uso de un encoder de alta resolución para que la obtención del valor de theta

sea lo más preciso posible. Como se observa cada bloque debe estar desarrollado y probado

previamente para garantizar su funcionamiento óptimo y así tener un resultado final adecuado y

esperado.

- En la práctica las señales de disparo de los IGBT’s deben incluir tiempo de zona muerta (las señales

correspondientes a cada ramal para evitar cortocircuitar la fuente y que los elementos se quemen

por corriente.

6) Bibliografía

- Apuntes de clase, “Control de Máquinas Eléctricas”. EPN 2015.

- Ayuda de los bloque de PSIM.

- “SPACE VECTOR MODULATION FOR THREE-LEG VOLTAGE”Ambos

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