Control de máquinas de inducción sin la utilización de sensores de variables mecánicas

Abstract

En este trabajo se estudian los principales esquemas de control del motor de inducción (MI) basados en el modelo de parámetros concentrados, o modelo fundamental. Todos los controladores estudiados se desarrollan a nivel teórico, acompañándolos con simulaciones, y la mayoría se desarrolla también a nivel práctico, mostrando los resultados experimentales obtenidos. Se comienza el estudio con el desarrollo teórico del modelo fundamental del MI, remarcando sus limitaciones. Luego, se analiza el control clásico que mantiene constante el cociente entre la tensión aplicada y la frecuencia aplicada (V/f=cte) en aplicaciones de lazo abierto y lazo cerrado, así como también algunos métodos para mejorar su desempeño en el rango de bajas velocidades. Se estudia un esquema V/f=cte sensorless. Finalizado el estudio de los controles escalares, se desarrolla la teoría del control vectorial. Se estudia la teoría tras el control orientado en campo (FOC). Se estudian varios estimadores de flujo, se realizan simulaciones y se obtienen resultados experimentales. También se analiza el control vectorial indirecto (IFOC). Se estudian estrategias de FOC sensorless, acompañadas de simulaciones y resultados experimentales. Finalmente, se muestran otras estrategias de control y estimación existentes, como direct torque control (DTC), model reference adaptive system (MRAS) y estimación de velocidad por inyección de señales. Se presentan también las consideraciones prácticas más importantes para la implementación física de los controladores.

In this work the most important induction motor (IM) control schemes based on the fundamental model are reviewed. All the controllers are developed at a theorical level, complementing them with simulations, and most of them are also developed at a practical level, showing the obtained experimental results. The study begins with the theorical development of the IM fundamental model, showing its limitations. Then, the classical V/f=cte control is analyzed in open and closed loop applications, and some methods to improve its performance in the low speed range are also studied. A sensorless V/f=cte scheme is analyzed. After finishing the study of scalar control schemes, vector control theory is reviewed. The theory behind the field oriented control (FOC) scheme is developed. Indirect field oriented control (IFOC) is also analyzed. Sensorless FOC strategies are studied, complementing them with simulations and experimental results. Finally, alternative control and estimation strategies are shown, like direct torque control (DTC), model reference adaptive system (MRAS) and speed estimation through signal injection. Practical considerations regarding controller implementation are also presented.