Control escalar de motores de induccion

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SAN LUIS POTOSÍ FACULTAD DE CIENCIAS

Sistema de Control Retroalimentado V/Hz para un Motor de Inducción Basado en Microcontroladores
TESIS PROFESIONAL PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO ELECTRÓNICO presenta: Armando Alfonso Rodríguez Almendarez asesor de tesis: Dr. Daniel Ulises Campos Delgado San Luis Potosí, S.L.P., Diciembre de 2006

Resumen

Este trabajo detesis presenta un controlador de velocidad escalar retroalimentado para motores de inducción trifásicos diseñado alrededor de un microcontrolador de 8bits. Su funcionamiento está basado tanto en el control escalar de velocidad como en la modulación sinusoidal en espacio vectorial. El esquema de control embebido permite al usuario ajustar sus parámetros de trabajo en tiempo real. Es un sistemacompacto que integra un número mínimo de componentes electrónicos de reciente introducción al mercado. Al final del trabajo se muestran lecturas experimentales tomadas con el prototipo final, que demuestran su desempeño con un motor de inducción de 1 HP.

II

Índice general

Capítulos 1. Introducción 1.1. Máquinas de Inducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1.Construcción Básica y Principio de Operación . . . . . . . . . 1.1.2. Velocidad de un Motor de Inducción . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.3. Tipos de Motores de Inducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.4. Motor de Inducción Trifásico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.5. Ecuación del Torque que Gobierna la Operación del Motor . . . 1.1.6. Características de Arranque . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 1.1.7. Características de Trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Actuadores de Potencia CD-CA Trifásicos . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Control Escalar de Velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.1. Diversos Patrones de Control Escalar . . . . . . . . . . . . . . 1.3.2. Características de un Variador de Velocidad . . . . . . . . . . . 1.4. Técnicasde Modulación para Inversores Trifásicos . . . . . . . . . . . 1 1 3 5 5 10 12 13 15 16 18 20 21 24

III

ÍNDICE GENERAL 1.4.1. Modulación Sinusoidal de Ancho de Pulso (SPWM) . . . . . . 1.4.2. Modulación PWM de 6 Pasos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.3. Modulación PWM en Espacio Vectorial (SVPWM) . . . . . . . 2. Diseño del Actuador de Potencia 2.1. Diseño del Convertidor CD-CA . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1. Operación del Circuito Bootstrap . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Diseño de los Circuitos de Instrumentación y Control . . . . . . . . . . 2.2.1. Operación de los Circuitos de Protección . . . . . . . . . . . . 2.2.2. Circuito Integrado del Sensor de Corriente . . . . . . . . . . . 2.2.3. Medición Aislada de Alto Voltaje . . . . . . . . . . . . . .. . 2.2.4. Microcontrolador PIC12F683 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.5. Acopladores Digitales ADUM140X . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.6. Convertidor CD-CD Aislado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Diseño del Sistema de Control 3.1. Microcontrolador PIC18F4431 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1. Terminales del Microcontrolador . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.2. Programa Embebido en el Microcontrolador . . . . . . . . . . . 3.1.3. Operación del Módulo PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Implementación Digital de la Modulación SVPWM . . . . . . . . . . . 3.3. Diseño del Sistema de Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1. Elementos de un Control Retroalimentado . . . . . . . . . . . . 3.3.2. Sistema de Control a Implementar. . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3. Componentes de un Controlador PID . . . . . . . . . . . . . . 3.3.4. Retroalimentación de Velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.5. Cálculo del Error en el Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.6. Implementación Discreta del Controlador PID . . . . . . . . . . 24 27 28 36 36 38 39 39 41 43 44 46 49 51 51 53 54 58 61 67 67 68 69 71 72 73...