Control vectorial

Control vectorial
En los motores síncronos la velocidad de giro viene directamente determinada por la frecuencia eléctric a
del estátor (alimentación) y su número de polos. Por tanto, hasta hace poco, la única forma de controlar
su velocidad era modificando el valor de la magnitud y la frecuencia de la alimentación trifásica con
métodos analógicos. El control vectorial es la herramienta quepermite controlar de forma
óptima los parámetros del motor, al no considerar únicamente su funcionamiento estático ante la corriente
trifásica. Fundamentándose en un modelo preciso del motor, considera de forma independiente la actuación sobre sus tres fases y expresa y maneja de forma compacta el resto de variables de fase gracias a la teoría del marco de referencia.

La teoría del marco dereferencia se basa en la simplificación del modelo de variables de fase del
motor, mediante la aplicación consecutiva de dos transformaciones (ver figura 2):
1) Debido a la conexión en estrella de las bobinas del estátor, aparece una ligadura que nos permite convertir el sistema trifásico en un sistema de referencia ortogonal (Transformación de Clarke abc).
2) A continuación se aplica una rotación deángulo igual a la posición angular de la fase en ese instante
(Transformación de Parkdq).

De esta forma un sistema de corrientes trifásicas balanceadas aplicado al motor quedaría transformado
en dos componentes de corriente constantes en el marco de referencia giratorio dq. Al aplicar estas transformaciones al modelo electromagnético del motor se obtiene que su flujo magnético y parelectromagnético Tem son proporcionales a las corrientes del motor iSd e iSq respectivamente en el
marco giratorio, por lo que controlando estas variables se controla el par y el flujo del motor.

Para simplificar más todavía el control de la respuesta del motor, se realiza un desacoplo de las ecuaciones dinámicas de las dos componentes iSd e iSq mediante una realimentación activa de las variables de estado(iSd, iSq y e). De esta forma se obtiene un sistema de ecuaciones desacopladas de primer orden, en el cual se controla el par y el flujo del motor a partir de los voltajes de alimentación.

La regulación de estas varia bles será simple al ser suficiente la utilización de compensadores proporcional-integradores (PI) convencionales para obtener un buen comportamiento.
La figura 3 muestra eldiagrama de bloques del sistema que permite controlar el par y el flujo (iSq, iSd) de
un PMSM actuando sobre los voltajes aplicados al motor mediante un inversor trifásico. En el sistema planteado es necesario sensar las corrientesde fase y la posición del rotor y aplicar las transformaciones necesarias en cada ciclo de control.

Además del control del par y el flujo, el control de la velocidad de girodel motor es uno de los objetivos
principales. Considerando el motor mecánicamente también se puede expresar el par electromagnético
Tem como varias contribuciones, de la carga externa, inercia del rotor y la fuerza electromotriz, lográndose
una relación entre m e iSq de primer orden. Por tanto se puede controlar m actuando iSq como entrada;
para ello se plantea un sistema de control de lavelocidad de giro del motor dividido en dos tareas:

1) lazo de control rápido para controlar el flujo y el par del motor con una referencia, actuando sobre
las tensiones de fase;
2) procedimiento más lento encargado de regular la velocidad del motor, actuando sobre la referencia
del lazo rápido que fija las corrientes del motor.La figura 4 muestra el diagrama de bloques del sistema completo.
Una delas etapas esenciales en estos sistemas de control de motores es la actuación sobre la alimentación de las fases del estátor. Los voltajes de referencia que proporciona el lazo de control deben ser aplicados sobre el motor con la máxima exactitud.

Para ello la alimentación de los voltajes de fase del motor se realiza por medio de un inversor trifásico constituido por seis interruptores de...