Control FOC i DTC en motors d'inducció

Control FOC: Transformació dels dinàmics d'un motor IM

Respecte del motor d'inducció, mitjançant un control FOC aconseguim transformar els dinàmics d'un motor IM a quelcom similar a un motor DC. La tècnica es basa en extrapolar la tècnica de control de motors de continua al àmbit de motor d'inducció, per dur-ho a terme passem de tenir un sistema trifàsic de corrents estatòriques a un sistema de coordenades no estacionàries que giren sincrònicament amb el camp magnètic rotòric. Amb aquest nou sistema les corrents estatòriques es poden traslladar com vectors rotants d'aquí ve el nom del control. Com a condicions per realitzar el control, es requereix que el vector de flux del rotor es posicioni sobre l'eix real i s'ha de mantenir constant el flux de forma que el parell sigui proporcional a la variació de corrent en l'eix q. Existeixen dos tipus de control, el control vectorial directe i el control vectorial indirecte.

Control Vectorial Directe

Aquest control s'implementa a partir de la mesura directa del mòdul i la posició del vector espacial de flux seleccionat com a referència.

Control Vectorial Indirecte

En aquest control es fa ús d'un model de la màquina que depèn dels seus paràmetres, en la pràctica és molt utilitzat, ja que és fàcil d'implementar. En aquest control el flux del rotor com el parell són controlats en un llaç obert i es controla la velocitat de gir de la màquina en llaç tancat.

Principi de funcionament del DTC

La idea bàsica del DTC consisteix a calcular valors instantanis de parell i de flux a partir de les variables del estator de la màquina. El parell i el flux es controlen directament mitjançant la selecció òptima dels estats de commutació de l'inversor i limitant els errors de flux i del parell mitjançant controladors d'histeresi del flux i parell. És un control vectorial basat en el control del flux en el stator per modificar el parell del motor.

Vantatges DTC

• Poca dependència dels paràmetres i gran velocitat de resposta.
• Obtenir altes respostes dinàmiques del parell i del fluxe.
• Absència dels controladors PI del corrent.
• Absència de la transformació de coordenades.
• Robustesa contra la variació dels paràmetres de la màquina.

Desvantatges DTC

• A baixes velocitats el sistema tendeix a fer vibrar el motor.
• Control efectiu fins potències de 15KW, amb motors de més potència apareixen alguns problemes com la distorsió del flux.
• Algoritme complex i necessitat d'equip electrònic, implementació i cost elevat.

Vantatges FOC

• Millors prestacions que el control escalar.
• Els motors d'inducció proveeixen d'un ampli rang d'operacions.
• El conjunt accionament-motor és relativament poc costós.
• Control de velocitat precís.

Desavantatges FOC

• Dificultat per modificar ràpidament la relació de velocitat i/o posició dels eixos durant el procés.
• Degut als circuits electrònics apareix soroll que provoca valors inicials incorrectes dels components vector flux.

Vantatges Control V/f

• Simple de implementar i econòmic.
• Es requereix poc coneixement del motor per al control de la freqüència.
• Possibilitat de control sense sensors, algoritme senzill.

Desavantatges Control V/f

• Baixa eficiència alhora de regular el flux del camp magnètic a velocitats baixes.
• No permet controlar el parell electromecànic del motor.
• Amb aquest control no controlem directament el parell, per això el parell desenvolupat depèn de la càrrega, la resposta transitoria del control no és ràpida.

Funcionament d'un control escalar de llaç tancat

Aquest control es basa en el fet que per mantenir constant el flux magnètic i en conseqüència el parell és necessari augmentar el voltatge a mesura que s'augmenta la freqüència. Amb llaç tancat aconseguim una millor resposta dinàmica amb exactitud en la velocitat i el control del parell.

Diferències entre control directe i indirecte

El control directe s'implementa a partir de la mesura directa del mòdul i la posició espacial del flux seleccionat com a referència, mentre que el control indirecte simplement mitjançant l'ús d'un model de la màquina que depèn dels seus paràmetres.

Generació de la taula de selecció per a un control DTC

La taula es genera mitjançant les influències de cada vector de tensió en el sector sobre el parell i el fluxe. Cada vector de la tensió té un efecte sobre la magnitud i l'angle del vector fluxe del stator.

Determinació del sector del flux en un DTC

Modificant la tensió al stator el fluxe varia de posició, això provoca que el vector fluxe en l'estator es distancii o s'aproximi al vector del fluxe en el rotor, augmentant o disminuint el parell. Hem de tenir en compte que no sempre s'augmenta el parell si s'injecta el mateix voltatge, hem de considerar el sector en el qual es troba el fluxe.