CONTROL VECTORIAL Christian Sepúlveda Espinoza NOVIEMBRE 2000

Presentación del tema: "CONTROL VECTORIAL Christian Sepúlveda Espinoza NOVIEMBRE 2000"— Transcripción de la presentación:

1 CONTROL VECTORIAL Christian Sepúlveda Espinoza NOVIEMBRE 2000
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD CONTROL VECTORIAL Christian Sepúlveda Espinoza NOVIEMBRE

2 CONTROL VECTORIAL MOTORES DC MOTORES AC MAYOR PESO MAYOR TAMAÑO
BAJA EFICIENCIA NECESIDAD DE MANTENIMIENTO MAYOR COSTO MENOR PESO MAS PEQUEÑOS ALTA EFICIENCIA CASI NO NECESITAN MANTENIMIENTO MAS BARATOS

3 CONTROL VECTORIAL DEFINICIÓN
La definición generalmente aceptada es que el Control Vectorial es el control independiente del Flujo y el Torque que producen las componentes de la corriente en los motores tipo jaula de AC. También se conoce al Control Vectorial con los nombres de Control de Campo Orientado (FOC), Control Vec torial del Flujo (FVC)..

4 CONTROL VECTORIAL Mejores prestaciones que el Control Escalar Los Motores de Inducción proveen un amplio rango de operación. El conjunto motor-accionamiento es relativamente de bajo costo

5 CONTROL VECTORIAL Enrollado de estator (i1) produce flujo y
ORIENTACION DEL CAMPO Enrollado de estator (i1) produce flujo y i2 e i3 junto con el campo producen el Torque

6 CONTROL VECTORIAL La corriente en el rotor necesita un CAMPO VARIABLE.
ORIENTACION DEL CAMPO La corriente en el rotor necesita un CAMPO VARIABLE. Se pierde la cuadratura en tre el Flujo y el Torque

7 CONTROL VECTORIAL Orientación del campo con control de la corriente Las componentes del campo se miden en el entrehierro. Las funciones de y se obtienen de un anali zador vectorial. Ia* e ib* se forman de las referencias, se alimentan a un conver tidor estático de corriente U

8 CONTROL VECTORIAL Orientación del campo con control de Voltaje
Es necesario conocer las referencias de V. Uy* se forma del vector desde el vector de Iy* e Iy a través de E. La I del motor depen de la resistencia del mismo, como la Tº del motor varia tam bíen lo hace la R y la I control de lazo cerrado

9 CONTROL VECTORIAL TRASNFORMACION DE COORDENADAS Transf. de sistema 3f a otro 2f dependiente del tiempo.(a,b) Trasnf. de sistema 2f a otro también 2f, pero independiente de la posicion angular.(d,q)

10 CONTROL VECTORIAL ESQUEMA BASICO DEL CONTROL VECTORIAL

11 CONTROL VECTORIAL Se toman muestras de 2 fases del motor
Resumen Se toman muestras de 2 fases del motor Conversión a sist. 2f indep. Del tiempo Comparación con las ref. Para obtener el vector de I. Obtención del Vector de V de referencia. Transf. Inversa de coordenadas. Modulación PWM. Señales de gatilleo.

12 ORIENTACION DEL Y DEL ROTOR ORIENTACION DEL Y DE ESTATOR
CONTROL VECTORIAL TECNICAS DE CONTROL VECTORIAL LAS TECNICAS DE CV, SE CLASIFICAN EN: CONTROL INDIRECTO CONTROL DIRECTO ORIENTACION DEL Y DEL ROTOR ORIENTACION DEL Y DE ESTATOR

13 CONTROL VECTORIAL CONTROL VECTORIAL INDIRECTO

14 CONTROL VECTORIAL CONTROL INDIRECTO Iqs e iqd se controlan separadamente para controlar el Torque y el flujo respectivamente. Qe se genera desde la señal de velocidad y el desliza miento, que son función de Iqs* El y puede estimarse desde los terminales de V o I (Modelo de V), o desde la I y la velocidad (Modelo de I) El modelo de V trabaja tipicamente sobre un 2% de la vel. Base, pero el de I lo hace desde cero. La variación de los parámetros de la máquina afecta a Ks, lo que afecta el rendimiento estático y dinámico de la máquina.

15 CONTROL VECTORIAL CONTROL VECTORIAL DIRECTO

16 Basicamente tiene los mismos elementos que el control indirecto.
CONTROL VECTORIAL CONTROL DIRECTO Basicamente tiene los mismos elementos que el control indirecto. Qe se deriva desde el vector de flujo. Estimación del vector de flujo no funciona cerca de la velocidad cero, pero con el modelo de Voltaje si se puede hacer. La velocidad se puede estimar desde los vectores de voltaje o corriente.

17 CONTROL VECTORIAL CONTROL VECTORIAL USANDO DSP HARDWARE

18 CONTROL VECTORIAL CONTROL VECTORIAL USANDO DSP
Se toman muestras de 2 fases y se digitalizan. Transformación a coordenadas a y b. Estimación del Flujo por medio de integración de la Contra Fuerza Electromotriz. La velocidad del motor se estima usando la contra fuerza electromotriz y los flujos de estator o usando un tacómetro. Ángulo del flujo se usa para rotar Ia e Ib a Id e Iq. Id responsable del Flujo, Iq responsable del Torque. La Velocidad y el Flujo se regulan por medio de las corrientes Iq e Id respectivamente. Se obtienen Vd y Vq y se transforman a coordenadas (a,b,c) usando transformadas inversas.

19 CONTROL VECTORIAL CONTROL VECTORIAL USANDO DSP

20 CONTROL VECTORIAL Resolver los siguientes problemas:
NUEVAS TENDENCIAS EN ACCIONAMIENTOS DE AC Resolver los siguientes problemas: El modelo del motor debe seguir los cambios en los parámetros de la máquina debido al efecto de la saturación y la Tº. Identificar la dinámica de la carga. -Reducir los requerimientos de sensado por reduc ción de costos. -Eliminar el sensor de velocidad o de posición, debi do a razones mecánicas y económicas (Sensorless).

21 CONTROL VECTORIAL CONTROL SENSORLESS. CONTROL USANDO LOGICA DIFUSA CONTROL USANDO REDES NEURONA LES

22 CONTROL VECTORIAL CV DE LAZO ABIERTO (SENSORLESS) Esto permite el ahorro de usar un dispositivo que mida la velocidad, produciendo un sistema de control vectorial de lazo abierto o sensorless. Su rendimiento es bastante bueno, pero debido al tiempo de cálculo y a los inevitables errores en el modelo, no se puede comparar a un sistema que use un sensor. Aun asi, presenta mejores caracteristicas que los controles escalares.

23 CONTROL VECTORIAL CV DE LAZO ABIERTO (SENSORLESS) El CV asume que una señal de velocidad correcta mente realimentada proporciona un valor preciso del deslizamiento. La forma mas satisfactoria de obtener una reali mentación de la velocidad es colocar en el motor un tacómetro o un encoder. En la práctica, modelando la relación V/I del estator y observando los resultados, se puede cono cer el deslizamiento y, más importante, se logra calcular el ángulo del Flujo.

24 Baldor Electric Co., EVC o Encoderless Vector Control.
CONTROL VECTORIAL CONTROL SENSORLESS Mitsubishi Electronics America Inc.,Control Vectorial del Flujo Magnético (CVFM). Baldor Electric Co., EVC o Encoderless Vector Control. Allen Bradley, Force Technology Asea Brown Boberi (ABB), el DTC (Direct Torque Control).

25 CONTROL VECTORIAL CONTROL DIRECTO DEL TORQUE (ABB)

26 CONTROL VECTORIAL La conmutación óptima de los dispositivos se realiza en cada ciclo de control(aprox 25ms). Se necesita calcular el flujo del estator mediante un modelo preciso del motor y las medidas de los voltajes y corrientes. El modelo se calcula en vació, y se actualiza de modo on-line durante el func. Del motor. Excelentes caractérísticas dinámicas, control preciso del torque (incluso a velocidad nula). Se implementa usando DSP y circuitos integrados de aplicación especifica (ASIC).

27 PRODUCTOS REPRESENTATIVOS DE CONTROL SENSORLESS
Cia. Producto kW Vac de entrada Reg.vel. (±%) * Reg. T. (±%) * Vel. Min. 100% T. ABB ACS 600 2 2 Hz Allen-Bradley 1336 Impact /Force 0.5 5 0.5 Hz Baldor Electric 17H Encoderless 10% S 3.5 100 rpm Cutler-Hammer AF93 1.5-15** N/A 50 rpm

28 Mitsubishi A200E A024/A044 /460 N/A N/A <1 Hz 3 Hz Siemens E&A MasterDrive 6SE70 1500 0.1 <2.5 Square D Altivar 66SV 1.0 N/A 0.5 Hz Yaskawa Electr. VS-616G5 3

29 CONTROL VECTORIAL CONTROL SENSORLESS CON LÓGICA DIFUSA

30 CONTROL VECTORIAL CONTROL USANDO LOGICA DIFUSA

31 Las partes principales del control son:
CONTROL VECTORIAL CONTROL SENSORLESS CON LÓGICA DIFUSA Las partes principales del control son: El CI ASIC (controla el ripple de las corrien tes del motor provocado por la frecuenca de conmutación y entrega los voltajes del motor) El modelo adaptativo del motor ( calcula el torque y la corriente de magnetización cada mseg y los envía hacia el ASIC)

32 CONTROL VECTORIAL CONTROL USANDO REDES NEURONALES

33 CONTROL VECTORIAL Convertidores de Frecuencia Motor Asincrónico

34 CONTROL VECTORIAL MOTOR INTEGRAL

35 Vectorial a Lazo Abierto
CONTROL VECTORIAL La selección de la estrategia de control depende de los requeri mientos del sistema a controlar, teniendo presenta las siguientes consideraciones: V/f Constante 50 Hz Vectorial a Lazo Abierto 300 Hz Vectorial Sensorless 500 Hz Modo de Control Ancho de Banda del Par Servo Brushless 1000 Hz RENDIMIENTO ESTÁTICO

36 CONTROL VECTORIAL RESPUESTA AL CAMBIO DE VELOCIDAD

37 CONTROL VECTORIAL RENDIMIENTO DINÁMICO Modo de Control
Vel. Min. Par nominal Reg. de Velocidad V/f constante 2 a 3 Hz 2 a 3 % Vectorial a Lazo Abierto 1 Hz 1% Vectorial a Lazo Cerrado 0 Hz 0.01% Servo Brushless RENDIMIENTO DINÁMICO

38 CONTROL VECTORIAL PAR A BAJA VELOCIDAD

39 Acumuladores de materiales. Líneas de fundición de acero
CONTROL VECTORIAL APLICACIONES DEL CONTROL VECTORIAL Acumuladores de materiales. Líneas de fundición de acero Donde se requiera altos Torques de partida Carretes de alambres Aplicaciones de enrollados Control total del torque a bajas vel.

40 CONTROL VECTORIAL EN LA INDUSTRIA EXISTEN NUMEROSAS APLICACIONES QUE REQUIEREN VINCULAR DOS EJES EN MOVIMIENTO EN FORMA RIGIDA MANTENIENDO LA POSICION RELATIVA ENTRE AMBOS CONSTANTE A TRAVES DEL TIEMPO. LAS SOLUCIONES MECANICAS TRADICIONALES: -CARDANES -CARDANES Y REDUCTOR -EJES VINCULADOS POR POLEAS-CORREAS -EJES VINCULADOS POR CADENAS/PINONES EJE 1 CARDAN EJE 2 REDUCTOR EJE 2 EJE 1 CARDAN EJE 1 CADENA/CORREAS EJE 2

41 CONTROL VECTORIAL DESVENTAJAS - RIGIDEZ
-DIFICULTAD PARA MODIFICAR RAPIDAMENTE LAS RELACIONES DE VELOCIDAD Y/O POSICION ENTRE LOS EJES DURANTE EL PROCESO LIMITACIONES PARA SU UTILIZACION: -VELOCIDADES MAXIMAS DE TRABAJO -PRESTACIONES EN REGIMENES INTERMITENTES CON ALTAS CADENCIAS POR MINUTO -ESPACIOS FISICOS NECESARIOS PARA IMPLEMENTAR LA SOLUCION -INTEGRACION A REDES ELECTRONICAS DE CONTROL EJE 2 EJE 1 CARDAN EJE 2 EJE 1 CADENA/CORREAS EJE 2 EJE 1 CARDAN

42 CONTROL VECTORIAL ESLAVE MASTER LA SOLUCION ELECTRICA
UN ENCODER VINCULADO MECANICAMENTE AL EJE MOTOR (MASTER) SUMINISTRA EN CADA INSTANTE LA INFORMACION DE POSICION Y VELOCIDAD DE DICHO EJE A UN VARIADOR DE VELOCIDAD ELECTRONICO. EL VARIADOR CONTROLA UN MOTOR ELECTRICO PARA EL ACCIONAMIENTO DEL EJE SEGUIDOR(ESCLAVO) DE FORMA DE MANTENER CORRECTAMENTE EN CADA INSTANTE LA RELACION DE POSICION Y VELOCIDAD ENTRE AMBOS EJES ESLAVE EJE 1 EJE 2 CARDAN MOTOR ELECTRICO VARIADOR VELOCIDAD ENCODER MASTER

43 CONTROL VECTORIAL DIFERENCIA ENTRE SEGUIMIENTO EN VELOCIDAD Y EJE ELECTRICO EL SEGUIMIENTO EN VELOCIDAD A DIFERENCIA DEL EJE ELECTRICO MANTIENE EXCLUSIVAMENTE LA VELOCIDAD ENTRE LOS EJES, SI UNA PERTURBACION MODIFICARA LA POSICION RELATIVA ENTRE AMBOS, LA MISMA NO SE RECUPERARA. EL EJE ELECTRICO ASEGURA EN TODO INSTANTE EL MANTENIEMIENTO DE LA VELOCIDAD Y POSICION RELATIVA ENTRE AMBOS EJES EJE ELECTRICO MASTER ESLAVE V1 SEGUIDOR V2 ANTES PERTURBACION NUEVO ESTADO ESTABLE SEGUIMIENTO

44 CONTROL VECTORIAL CONTROL DE ENRROLLADOR OBJETO: MANTENER CONSTANTE LA
VELOCIDAD TANGENCIAL Y POSICION DEL PRODUCTO SOLUCION:UNIDRIVE ,CONFIGURACION EJE ELECTRICO (UD70+UD51+SOFTWARE EJE ELECTRICO) OPERACIÓN: EL ACCIONAMIENTO CONTROLA LA VELOCIDAD DE LA BANDA A PARTIR DE LA INFORMACION DEL ENCODER AUXILIAR.CUANDO EL DIAMETRO AUMENTA, LA VELOCIDAD DEL MOTOR SE REDUCE RESULTADO: CONTROL DE MATERIAL ENTREGADO PRECISO ENCODER SERVOMOTOR UNIDRIVE +UD70 +UD51 MMI

45 CONTROL VECTORIAL SINCRONIZACION ENTRE MAQUINAS
OBJETO: CREACION DE UNA RELACION EXACTA DE POSICION-VELOCIDAD ENTRE DOS MAQUINAS SOLUCION:UNIDRIVE ,CONFIGURACION EJE ELECTRICO (UD70+UD51+SOFTWARE EJE ELECTRICO) OPERACIÓN: EL UNIDRIVE CONTROLA LA VELOCIDAD DE LA 2DA.MAQUINA A PARTIR DE LA INFORMACION DEL ENCODER DEL EJE MAESTRO. LA POSICION RELATIVA ENTRE EJES PUEDE MODIFICARSE A TRAVES DE JOG DINAMICO RESULTADO: CONTROL PRECISO DE OPERACIÓN,CON SIMPLICIDAD DE IMPLEMENTAR MODIFICACIONES. CONSTANCIA EN EL TIEMPO SIN NECESIDAD DE REAJUSTES PERIODICOS UNIDRIVE +UD70 +UD51 SERVOMOTOR ENCODER

46 CONTROL VECTORIAL SINCRONIZACION SIERRA TRANSVERSAL
OBJETO: PROVEER UN METODO SENCILLO PARA ESTABLECER Y MODIFICAR LAS DISTANCIAS DE CORTE SOLUCION:UNIDRIVE ,CONFIGURACION EJE ELECTRICO (UD70+UD51+SOFTWARE EJE ELECTRICO) OPERACIÓN: CUANDO SE ALCANZA LA DISTANCIA CORRECTA DE CORTE LA SIERRA ES ACELERADA A DOS VECES LA VELOCIDAD DEL MATERIAL.SE MANTIENE ASI UN CORTE PERFECTAMENTE PERPENDICULAR RESULTADO: FACIL CONTROL DE DISTANCIA DE CORTE A TRAVES DE UN MMI O PLC. PUEDEN ALMACENARSE RECETAS DE CORTE EN FUNCION DEL MATERIAL Y PIEZA UNIDRIVE+UD70+UD51 ENCODER (VEL MATERIAL) SERVOMOTOR

47 CONTROL VECTORIAL SINCRONIZACION CORTE / TROQUELADO ROTATIVO
OBJETO: PROVEER UN METODO SENCILLO PARA ESTABLECER Y MODIFICAR LAS DISTANCIAS DE CORTE.MANTENERLAS EN FUNCION DE UN REGISTRO IMPRESO SOLUCION:UNIDRIVE ,CONFIGURACION EJE ELECTRICO (UD70+UD51+SOFTWARE EJE ELECTRICO) OPERACIÓN: EL SOFTWARE SUPERVISA LA DISTANCIA DEL REGISTRO ASEGURANDO CORTAR O TROQUELAR EL PRODUCTO EN LA POSICION CORRECTA RESULTADO: LA SINCRONIZACION ASEGURA DISTANCIAS EXACTAS DE OPERACIÓN FACIL MODIFICACION DE DISTANCIAS Y PREPARACION DEL SISTEMA UNIDRIVE +UD70 +UD51 SERVOMOTOR SENSOR DE REGISTRO ENCODER