Tema7 accionamiento electrico

Control de Máquinas Síncronas

Accionamientos Eléctricos

Tema 7. Control de Máquinas Síncronas

1. Diseño de Máquinas Síncronas de Imanes Permanentes (MSIP)

2. MSIP. Modelo en ejes dq

3. Control de MSIP. Lazos de regulación. Reguladores

4. Convertidores Electrónicos Para Control De Generadores Síncronos de Rotor Devanado

Profesora: Mónica Chinchilla Sánchez

Universidad Carlos III. Dpto. Ing. Eléctrica. Ingeniería Industrial, 5º curso

INDICE DEL TEMA


• de flujo RADIAL, con imanes superficiales

• de flujo AXIAL

• de flujo TRANSVERSAL

• de flujo AXIAL con devanado toroidal

7.1 Diseño de MSIP


7.2 MSIP: modelo en ejes dq

Las ecuaciones de fase del motor de IP son:

f

c

b

a

c

b

a

f

c

b

a

iRf

isRs

isRs

isRs

dt

d

u

u

u

u

.

.

.

.

donde los enlaces de flujo son:

)3

2cos(

)3

2cos(

cos

mcccbcbacac

mcbcbbbaba

mcacbabaaaa

isLisLisL

isLisLisL

isLisLisL

b

MSIP de flujo radial y de rotor liso


CA/CC CC/CA

S TR S TR

CA/CC CC/CA

X

n

va(t)ia(t)R

vb(t)

ib(t)

vc(t) ~

~

~

vcon a(t)

Xs

n

va(t) ia(t) Rs

vb(t)

ib(t)

vc(t) ~

~

~

vcon a(t)

Modelo Del Inversor-Rectificador


7.2 MSIP. Modelo en ejes dq

.

2

3

2

30

2

1-

2

1-1

. )cos()(

)sen()cos(.

3

2

c

b

a

q

d

u

u

u

senu

u

.

2

3

2

30

2

1-

2

1-1

. )cos()(

)sen()cos(.

3

2

c

b

a

q

d

i

i

i

seni

i

Se aplican las transformaciones de Park al MSIP

El eje d gira con el rotor y se elige alineado con el máximo de la onda de flujo rotórico:

qdq

dqd

isRsw

isRsw

)(dt

d=us

)(dt

d=us

q

d

Siendo los enlaces de flujo que concatenan

a los devanados d y q:

qqq

mddd

iL

iL

d

q


d

q

7.2 MSIP. Modelo en ejes dq

sd I+

td

qLs

qsRs

qUs I

tdd

sdLs

dRs

dUs

IIs

qspLs I

p.dspLs I

IsqT e p23

siendo los enlaces de flujo mutuo total por polo.

El par electromagnético del motor puede ser gobernado mediante la componente en cuadratura de la corriente estatórica


7.3 Control de MSIP. Lazos internos de regulación

TTk

sd i+

tdqLsqsRsqus i

tddsd

LsdRsdusi

is UDC

qus*

dus*

Modulaciónvectorial

)(t

isd*

q

d

isis

sB

ii

sA

3/2jeVSI

is*

q

Los incrementos de u han de compensar las variaciones de las consignas de corriente


i*q

i*d

)(t

qu*Modulación

vectorial

isBsAi

qidi 3/2

du*

je

UDC

sd I

tdq

LsqsRsqUs I

+tddsd

LsdRsdUsI

Is

p dspLs I

qspLs I

qspLs I p dsp-Ls I

7.3 Control de MSIP.Términos de Compensación

Queda por determinar

is*

d

GG f


La eficacia del control depende del método

de seguimiento de la referencia (usd* , usq*):

is*q

is*d

)(t

qus*Modulación

de los pulsos

isBsAi

sqisdi 3/2

dus*

je

UDC

TTGG

k

U*N

U

7.3 Control de MSIP.Debilitamiento

Límite de la consigna de isd

Proteger el sistemaProteger el sistema

usd*

usq* u*

U>UN


is*q

isd

)(tq

dt

d

qu*Modulación

vectorial

isBsAi

sqisdi 3/2

du*

je

UDC

UDC

U*N

U

Bucle externo

Elección de Kp:

J,

Elección de Ki:

J

Bucle interno…

cancelación de la mayor constante de tiempo

Elección de Ki:

Rs, conv

Elección de Kp:

Ls, conv

7.3 Control de MSIP.Reguladores: de qué dependen


7.3 Control de MSIP.Cálculo de Reguladores

Las funciones de transferencia de los elementos involucrados en cada uno de los lazos de corriente del sistema en estudio son el motor, el convertidor y el regulador:

El comportamiento del motor síncrono de imanes permanentes, se representa por medio de la función de transferencia:

1

1

)(q Términod

Us

)(

)(d Términod

Us

)(

sss

s

s

s

k

RsLs

IsIs qd

donde la ganancia estática del motor es: Rs

1k

y su constante de tiempo es:

Rs

Ls


7.3 Control de MSIP Regulador externo

Lazo interno de corriente directa

ss

kr

rr

1

Regulador PIde corriente

Convertidor Motor

- +

isd

usd

+

f.e.m rotación

isd*

Término de compensación

-+

1

1scon

1s

k


7.3 Control de MSIP Regulador externo

ssk

r

rr

1

Lazo de regulación de tensión y lazo interno de corriente directa

Un

Regulador PI Convertidor Motor

- +

isd

usd

f.e.m rotación

Motor

- +

U

isd*

Regulador PIDe tensión

Término de compensación

- 11

scon 1sk

ss

kru

ruru

11s

k


CA/CC CC/CA

S TR S TR

CA/CC CC/CA

X

n

va(t)ia(t)R

vb(t)

ib(t)

vc(t) ~

~

~

vcon a(t)

Xs

n

va(t) ia(t) Rs

vb(t)

ib(t)

vc(t) ~

~

~

vcon a(t)

7.3 Control del MSIP. Modelo Del Inversor-Rectificador


U*N

UDC*

PCC

Consignas

ibiadi

qi

i*d

i*q

ubcR

X

UDC

UDC

3/2je

qu*Modulación

vectorial

du*

is*q

i*sd

)(tq

dt

d

isBsAi

sqisdi

qu*Modulación

vectorial

du*

3/2jeU

GG f

Q*Q*

7.3 Control de MSIP


RESULTADOS EXPERIMENTALES

t(s)

Iq(A)

Id (A)

t(s)

Respuesta del motor a velocidad constante, ante la variación en escalón de la consigna Iq. a) referencia (__) y respuesta de Iq, b) Referencia Id*=0 y

respuesta de Id

a) b)

t(s)

(rpm)

t(s)

I(A)

Respuesta del motor a velocidad constante, ante la variación en escalón de la consigna de corriente Iq. a) corriente estatórica

b)velocidad de giro.


7.4 Convertidores Electrónicos Para Control De Generadores Síncronos de Rotor Devanado

Topología más frecuente:Puente Rectificador De Diodos +

Circuito Intermedio En Continua +

Inversor De Tiristores Conmutado Por Red


7.4 Convertidores Electrónicos Para Control de Generadores Síncronos de Rotor Devanado

El sistema de control aplicado sobre el generador tiene dos funciones:

Gobernar el par de la máquina

Impedir que se supere la máxima tensión en la etapa de corriente continua

El par electromagnético interno del generador se puede expresar:

.I I .k Te FDC



IF

IDC

Tref



La referencia para la corriente de excitación se obtiene de

un regulador PI Así la tensión en el bus de continua se mantiene en su máximo valor. Al trabajar con tensiones elevadas a la entrada del inversor, éste puede presentar un mejor factor de potencia a la red.


7.4 Convertidores Electrónicos Para Control De Generadores Síncronos de Rotor Devanado

El par electromagnético interno del generador se puede

expresar como Te=k.I

El sistema de control aplicado sobre el generador tiene dos funciones:

Gobernar el par de la máquina

Gobernar el factor de potencia (mantenerlo constante)


7.4 Convertidores Electrónicos Para Control De Generadores Síncronos de Rotor Devanado.

Generador de 6 fases + Rectificador no controlado + Chopper elevador + inversor IGBT’s

Control U/f= constante

Puentes rectificadores : U/ UDC = constante y factor de potencia

del generador constante : I=k*IDC

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