Control de Máquinas Síncronas Accionamientos Eléctricos Tema 7. Control de Máquinas Síncronas 1.Diseño de Máquinas Síncronas de Imanes Permanentes (MSIP)

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1 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

2 Control de Máquinas Síncronas de flujo RADIAL, con imanes superficiales de flujo AXIAL de flujo TRANSVERSAL de flujo AXIAL con devanado toroidal 7.1 Diseño de MSIP

3 Control de Máquinas Síncronas 7.2 MSIP: modelo en ejes dq Las ecuaciones de fase del motor de IP son: donde los enlaces de flujo son: MSIP de flujo radial y de rotor liso

4 Control de Máquinas Síncronas CA/CCCC/CA STRSTR CA/CCCC/CA X n v a (t ) i a (t ) R v b (t) i b (t) v c (t) ~ ~ ~ v con a (t) Xs n v a (t ) i a (t ) Rs v b (t) i b (t) v c (t) ~ ~ ~ v con a (t) Modelo Del Inversor-Rectificador

5 Control de Máquinas Síncronas 7.2 MSIP. Modelo en ejes dq 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: Siendo los enlaces de flujo que concatenan a los devanados d y q: d q

6 Control de Máquinas Síncronas d q 7.2 MSIP. Modelo en ejes dq sdI  +  td q Ls q sRs q UsI  td d sd Ls d Rs d Us I Is  q spLsI p.p. d sp I Isq T e p  2 3 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 Control de Máquinas Síncronas 7.3 Control de MSIP. Lazos internos de regulación T k sdi  +  td q Ls q sRs q usi  td d sd Ls d Rs d us i is U DC q us * d *  Modulación vectorial is d * q d is sB i i sA 3/2 VSI is * q Los incrementos de u han de compensar las variaciones de las consignas de corriente

8 Control de Máquinas Síncronas i*qi*q i*di*d q u * Modulación vectorial i sB sA i q i d i 3/2 d u * U DC  sdI  td q Ls q sRs q UsI  +  td d sd Ls d Rs d Us I Is  p  d spLsI  q sp I  q sp I  p  d sp-LsI 7.3 Control de MSIP.Términos de Compensación Queda por determinar is*dis*d GGGG f 

9 Control de Máquinas Síncronas La eficacia del control depende del método de seguimiento de la referencia (usd*, usq*): is*qis*q is*dis*d q us * Modulación de los pulsos i sB sA i sqsq i sd i 3/2 d us * U DC  TGTGTGTG k U*NU*N U 7.3 Control de MSIP.Debilitamiento Límite de la consigna de isd Proteger el sistema us d * us q * u*u* U>U N

10 Control de Máquinas Síncronas is*qis*q i sd qq q u * Modulación vectorial i sB sA i sq i sd i 3/2 d u * U DC  U*NU*N U Bucle externo Elección de Kp: J,  Elección de Ki: J Bucle interno… c ancelación 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

11 Control de Máquinas Síncronas 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: donde la ganancia estática del motor es: y su constante de tiempo es:

12 Control de Máquinas Síncronas 7.3 Control de MSIP Regulador externo Lazo interno de corriente directa s s k r r r      1 Regulador PI de corriente Convertidor Motor - + isd usd + f.e.m rotación isd* Término de compensación - + 1 1  s con  1  s k 

13 Control de Máquinas Síncronas 7.3 Control de MSIP Regulador externo s s k r r r      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 PI De tensión Término de compensación - 1 1  s con  1  s k  s s k ru      1 1  s k 

14 Control de Máquinas Síncronas CA/CCCC/CA STRSTR CA/CCCC/CA X n v a (t ) i a (t ) R v b (t) i b (t) v c (t) ~ ~ ~ v con a (t) Xs n v a (t ) i a (t ) Rs v b (t) i b (t) v c (t) ~ ~ ~ v con a (t) 7.3 Control del MSIP. Modelo Del Inversor-Rectificador

15 Control de Máquinas Síncronas U*NU*N U DC * PCC Consignas ibib iaia d i q i i*di*d i*qi*q u bc R X U DC 3/2 q u * Modulación vectorial d u * is*qis*q i * sd qq i sB sA i sq i sd i q u * Modulación vectorial d u *  3/2 U GGGG f  Q*  7.3 Control de MSIP

16 Control de Máquinas Síncronas 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.

17 Control de Máquinas Síncronas 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

18 Control de Máquinas Síncronas 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:

19 Control de Máquinas Síncronas 7.4 Convertidores Electrónicos Para Control de Generadores Síncronos de Rotor Devanado IFIF I DC T ref

20 Control de Máquinas Síncronas 7.4 Convertidores Electrónicos Para Control de Generadores Síncronos de Rotor Devanado 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.

21 Control de Máquinas Síncronas 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)

22 Control de Máquinas Síncronas 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/ U DC = constante y factor de potencia del generador constante : I=k*I DC