stringtranslate.com

Control directo del par

El control directo del par ( DTC ) es un método utilizado en variadores de frecuencia para controlar el par (y, por lo tanto, la velocidad ) de los motores eléctricos de CA trifásicos . Esto implica calcular una estimación del flujo magnético y el par del motor en función del voltaje y la corriente medidos del motor.

Plataforma de control DTC

El enlace de flujo del estator se calcula integrando los voltajes del estator . El par se calcula como un producto vectorial del vector de enlace de flujo del estator estimado y el vector de corriente del motor medido . La magnitud del flujo y el par estimados se comparan luego con sus valores de referencia . Si el flujo o el par estimados se desvían demasiado de la tolerancia de referencia , los transistores del variador de frecuencia se apagan y se encienden de tal manera que los errores de flujo y par regresen a sus bandas tolerantes lo más rápido posible. Por lo tanto, el control directo del par es una forma de histéresis o control bang-bang .

Descripción general de las principales plataformas de control VFD en competencia:

Las propiedades del DTC se pueden caracterizar de la siguiente manera:

Estas aparentes ventajas del DTC se ven compensadas por la necesidad de una mayor frecuencia de muestreo (hasta 40 kHz en comparación con los 6–15 kHz del FOC), lo que genera una mayor pérdida de conmutación en el inversor, un modelo de motor más complejo y una ondulación de par inferior. [1]

El método de par directo funciona muy bien incluso sin sensores de velocidad . Sin embargo, la estimación del flujo se basa generalmente en la integración de los voltajes de fase del motor. Debido a los errores inevitables en la medición de voltaje y la estimación de la resistencia del estator, las integrales tienden a volverse erróneas a baja velocidad. Por lo tanto, no es posible controlar el motor si la frecuencia de salida del variador de frecuencia es cero. Sin embargo, mediante un diseño cuidadoso del sistema de control es posible tener la frecuencia mínima en el rango de 0,5 Hz a 1 Hz que es suficiente para hacer posible el arranque de un motor de inducción con par completo desde una situación de parada. También es posible una inversión de la dirección de rotación si la velocidad pasa por el rango cero lo suficientemente rápido como para evitar una desviación excesiva de la estimación del flujo.

Si se requiere un funcionamiento continuo a bajas velocidades, incluido el funcionamiento a frecuencia cero, se puede añadir un sensor de velocidad o posición al sistema DTC. Con el sensor, se puede mantener una alta precisión del control de par y velocidad en todo el rango de velocidad.

Historia

El DTC fue patentado por Manfred Depenbrock en los EE. UU. [2] y en Alemania [3] , la última patente se presentó el 20 de octubre de 1984, y ambas patentes se denominaron autocontrol directo (DSC). Sin embargo, Isao Takahashi y Toshihiko Noguchi describieron una técnica de control similar denominada DTC en un artículo del IEEJ presentado en septiembre de 1984 [4] y en un artículo del IEEE publicado a fines de 1986 [5]. Por lo tanto, la innovación del DTC generalmente se atribuye a las tres personas.

La única diferencia entre DTC y DSC es la forma del camino a lo largo del cual se controla el vector de flujo; el primero es cuasi circular, mientras que el segundo es hexagonal, de modo que la frecuencia de conmutación del DTC es mayor que la del DSC. Por lo tanto, el DTC está destinado a variadores de potencia de baja a media, mientras que el DSC se utiliza generalmente para variadores de potencia más alta. [6] (Para simplificar, el resto del artículo solo utiliza el término DTC).

Desde sus aplicaciones introducidas a mediados de la década de 1980, el DTC se ha utilizado con ventaja debido a su simplicidad y su respuesta de control de par y flujo muy rápida para aplicaciones de accionamiento de motores de inducción (IM) de alto rendimiento.

La DTC también fue estudiada en la tesis de Baader de 1989, que proporciona un muy buen tratamiento del tema. [7]

Los primeros productos DTC comerciales exitosos importantes, desarrollados por ABB , involucraron aplicaciones de tracción a fines de la década de 1980 para las locomotoras diésel-eléctricas alemanas DE502 [1] [2] y DE10023 [3] [8] y el lanzamiento en 1995 de la familia de variadores ACS600. Desde entonces, los variadores ACS600 han sido reemplazados por los variadores ACS800 [9] y ACS880. [10] Vas, [11] Tiitinen et al. [12] y Nash [13] brindan un buen tratamiento de ACS600 y DTC.

El DTC también se ha aplicado al control del convertidor trifásico del lado de la red . [14] [15] El convertidor del lado de la red tiene una estructura idéntica a la del inversor de transistores que controla la máquina. Por lo tanto, además de rectificar CA a CC, también puede realimentar energía de la CC a la red de CA. Además, la forma de onda de las corrientes de fase es muy sinusoidal y el factor de potencia se puede ajustar según se desee. En la versión DTC del convertidor del lado de la red, la red se considera una gran máquina eléctrica.

Las técnicas DTC para la máquina síncrona de imán permanente interior (IPMSM) se introdujeron a fines de la década de 1990 [16] y los motores de reluctancia síncrona (SynRM) en la década de 2010. [17]

El DTC se aplicó al control de máquinas doblemente alimentadas a principios de la década de 2000. [18] Los generadores doblemente alimentados se utilizan comúnmente en aplicaciones de turbinas eólicas de 1 a 3 MW .

Dado el excelente rendimiento de control de par del DTC, fue sorprendente que la primera familia de servoaccionamientos de ABB, el ACSM1, recién se introdujera en 2007. [19] De hecho, dado que la implementación del DTC requiere un hardware más sofisticado para proporcionar un rendimiento comparable al del FOC, su primera aplicación industrial llegó mucho más tarde.

Desde finales de la década de 1990 se han publicado varios artículos sobre DTC y sus modificaciones, como la modulación vectorial espacial [20] , que ofrece una frecuencia de conmutación constante.

A la luz de la expiración a mediados de la década de 2000 de las patentes clave de DTC de Depenbrock, es posible que otras empresas además de ABB hayan incluido características similares a DTC en sus variadores. [ cita requerida ]

Véase también

Referencias

  1. ^ Hughes, Austin; Drury, Bill (2013). "Operación de frecuencia variable de motores de inducción". Motores eléctricos y variadores . págs. 205–253. doi :10.1016/B978-0-08-098332-5.00007-3. ISBN . 978-0-08-098332-5.S2CID107929117  .​
  2. ^ Depenbrock, Manfred. "US4678248 Autocontrol directo del flujo y del momento rotatorio de una máquina de campo rotatorio".
  3. ^ Depenbrock, Manfred. «DE3438504 (A1) - Método y dispositivo para controlar una máquina de campo rotatorio» . Consultado el 13 de noviembre de 2012 .
  4. ^ Noguchi, Toshihiko; Takahashi, Isao (septiembre de 1984). "Control de respuesta de par rápido de un motor de inducción basado en un nuevo concepto". Reuniones técnicas del IEEJ sobre máquinas rotativas RM84-76 . págs. 61–70.
  5. ^ Takahashi, Isao; Noguchi, Toshihiko (septiembre de 1986). "Una nueva estrategia de control de alta eficiencia y respuesta rápida de un motor de inducción". IEEE Transactions on Industry Applications . IA-22 (5): 820–827. doi :10.1109/tia.1986.4504799. S2CID  9684520.
  6. ^ Foo, Gilbert (2010). Control directo de par y flujo sin sensores de motores síncronos de imanes permanentes interiores a velocidades muy bajas, incluida la parada (tesis). Sídney, Australia: Universidad de Nueva Gales del Sur.
  7. ^ Baader, Uwe (1988). Die Direkte-Selbstregelung (DSR), ein Verfahren zur hochdynamischen Regelung von Drehfeldmaschinen [ Autorregulación directa (DSR), un proceso para la regulación altamente dinámica de máquinas de inducción ] (en alemán). Editorial VDI. ISBN 978-3-18-143521-2.[ página necesaria ]
  8. ^ Jänecke, M.; Kremer, R.; Steuerwald, G. (9–12 de octubre de 1989). "Autocontrol directo (DSC), un nuevo método para controlar máquinas asincrónicas en aplicaciones de tracción". Actas de la EPE . 1 : 75–81.
  9. ^ "ACS800 - La nueva gama de variadores totalmente compatibles" . Consultado el 14 de noviembre de 2012 .
  10. ^ Lönnberg, M.; Lindgren, P. (2011). "Armonización de los accionamientos: la fuerza impulsora detrás de la arquitectura de accionamientos totalmente compatibles de ABB" (PDF) . ABB Review (2): 63–65.[ enlace muerto permanente ]
  11. ^ Vas, Peter (1998). Control de par directo y vectorial sin sensores . Oxford University Press. ISBN 978-0-19-856465-2.[ página necesaria ]
  12. ^ Tiitinen, P.; Surandra, M. (1995). "El método de control de motores de próxima generación, control de par directo DTC". Actas de la Conferencia internacional sobre electrónica de potencia, accionamientos y sistemas de energía para el crecimiento industrial . Vol. 1. págs. 37–43. doi :10.1109/pedes.1996.537279. ISBN 978-0-7803-2795-5.S2CID60918465  .​
  13. ^ Nash, JN (1997). "Control directo del par motor, control vectorial de motores de inducción sin codificador". IEEE Transactions on Industry Applications . 33 (2): 333–341. doi :10.1109/28.567792.
  14. ^ Harmoinen, Martti; Manninen, Vesa; Pohjalainen, Pasi; Tiitinen, Pekka (17 de agosto de 1999). "Método US5940286 para controlar la energía que se transferirá mediante un inversor de red" . Consultado el 13 de noviembre de 2012 . {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
  15. ^ Manninen, V. (19-21 de septiembre de 1995). "Aplicación de la modulación de control de par directo a un convertidor de línea". Actas de la EPE 95, Sevilla, España : 1292-1296.
  16. ^ French, C.; Acarnley, P. (1996). "Control directo del par de accionamientos de imán permanente". IEEE Transactions on Industry Applications . 32 (5): 1080–1088. doi :10.1109/28.536869.
  17. ^ Lendenmann, Heinz; Moghaddam, Reza R.; Tammi, Ari (2011). "Motoring Ahead". ABB Review . Archivado desde el original el 7 de enero de 2014. Consultado el 7 de enero de 2014 .
  18. ^ Gokhale, Kalyan P.; Karraker, Douglas W.; Heikkil, Samuli J. (10 de septiembre de 2002). "US6448735 Controlador para una máquina de inducción de anillo colector de rotor bobinado" . Consultado el 14 de noviembre de 2012 . {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
  19. ^ "DSCM1 - High Performance Machinery Drives" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 18 de octubre de 2011 . Consultado el 18 de octubre de 2011 .
  20. ^ Lascu, C.; Boldea, I.; Blaabjerg, F. (1998). "Un control de par directo modificado (DTC) para el accionamiento sin sensor de motores de inducción". Acta de la conferencia de la IEEE Industry Applications Conference de 1998. Trigésima tercera reunión anual de la IAS (Cat. N.º 98CH36242) . Vol. 1. págs. 415–422. doi :10.1109/ias.1998.732336. ISBN 0-7803-4943-1.