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Control Directo del Torque en Motores AC

Direct Torque Control of AC-Motors

Arturo Rojas Moreno

Resumen

Este artculo describe la tcnica CDT (ControlDirecto del Torque) en motores AC (AlterningCurrent) y su aplicacin para la implementacin deautos elctricos. CDT emplea una nueva tcnica demodulacin: MEV (Modulacin Espacial Vectorial).

Abstract

This paper decribes the DTC (Direct Torque Control)technique of AC-motors and its application for EV(Electrical Vehicle) cars implementation. DTC uses

a new modulation technique: SVM (Space VectorModulation).

Palabras Claves

CDT (Control directo del torque), motores AC, autoselctricos, MEV (Modulacin Espacial Vectorial).

Key Words

DTC (Direct Torque Control), AC-motors, EV(Electrical Vehicle) car, SVM (Space VectorModulation).

INTRODUCCIN

Hoy en da, en la industria se aplican varias tcnicasde control de motores AC, a saber: control V/f,control vectorial y CDT (Control Directo del Torque)[1], [2].

El control V/f se realiza empleando trenes de pulsosque representan el voltaje V y la frecuencia f delmotor necesarios para el control de la frecuencia. Elcontrol emplea modulacin PWM (Pulse WidthModulation) y se realiza en la electrnica ubicadafuera del motor, ms no en el motor mismo.

El control vectorial, denominado tambin controlorientado por campo, emplea la posicin angularespacial del flujo magntico del rotor, dentro delmotor AC, para lograr una buena respuesta delmotor AC en torque y en velocidad. Para lograraquello, esta tcnica requiere de un dispositivo derealimentacin.

El control DTC, que es la tcnica ms reciente conrespecto a las anteriores, se explica luego endetalle.

A diferencia de las tcnicas de control de motores

AC descritas, las cuales se pueden denominarclsicas, existen otras tcnicas modernas que pocoa poco van entrando al mundo industrial. Estas

nuevas tcnicas emplean algoritmos avanzados parael control de la velocidad, torque, voltaje, corrienteo frecuencia en los motores AC. Una de estastcnicas, basada en la teora de la estabilidad delmovimiento, se est desarrollando en TECSUP paracontrolar el torque de un motor de incuccin. Eneste contexto Tecsup est organizando elPrograma Internacional de Especializacin deSistemas de Control Electrnico de Potenciaque se llevar a cabo el 26 de noviembre de 2011,donde se tratarn estos temas.

CONTROL DIRECTO DEL TORQUE

La Figura 1 muestra la configuracin para controlarel torque de un motor AC empleando la tcnicaCDT. Observar que las mediciones isA, isB, isC(corrientes estatricas) y i (posicin del eje delmotor), ingresan al bloque Estimador de flujo y par,el cual contiene el modelo dinmico del motor ACpara, precisamente, estimar el flujo magntico yel par o torque elctrico . Tales variables secomparan en bloques ad-hoc con el flujo magntico

y el torque referenciales, respectivamente,

para producir los errores de flujo y de torque.

Figura 1: CDT (Control Directo del Torque).

Tales errores ingresan al bloque Tabla de seleccinde vectores ptimos para producir los vectores devoltaje v0 al v7. Estos vectores son modulados

empleando la tcnica denominada modulacinespacial vectorial (MEV), de acuerdo a la Figura 2.

Figura 2: Modulacin Espacial Vectorial

http://www.tecsup.edu.pe/especializacion/electronica/caratula.htmlhttp://www.tecsup.edu.pe/especializacion/electronica/caratula.htmlhttp://www.tecsup.edu.pe/especializacion/electronica/caratula.htmlhttp://www.tecsup.edu.pe/especializacion/electronica/caratula.html

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Notar en la Figura 2 que los 360 de libertad del ejedel motor se ha dividido en 6 sectores de 60 cadauno, denominados como i=1, , i=6. En talessectores se generan los pulsos de control Q1, Q3,Q5, y los negados Q2, Q4, Q6, los cuales alimentan alas compuertas de los transistores del inversormostrado en la Figura 3, para producir las corrientesde control isA, isB, isC y de esta manera se cierra elciclo.

Con CDT, la orientacin del campo se logra sinemplear realimentacin, pero si empleando teoraavanzada del motor AC para poder calcular sutorque. Esta tcnica usa hardware y softwareavanzados para poder procesar las sealeselctricas con tiempos de muestreo muy pequeosrequeridos tanto por el algoritmo CDT, como por elalgoritmo MEV. Comparado con las tcnicas V/f ycontrol vectorial, con DTC se logra un torque derespuesta que es tpicamente diez veces ms rpido

y una exactitud en velocidad dinmica que es 8veces mejor.

CARRO ELCTRICO CON MOTOR AC

El control de motores AC no solo se emplea comoun dispositivo confiable de potencia controlada en laindustria, sino tambin tiene gran aplicacin en lossistemas mecatrnicos, donde es usado para elcontrol de robots, ploteadores, mquinasherramientas, etc.

Figura 3: Inversor de Potencia

Una aplicacin especial del motor AC controlado portorque, es en la conversin de un auto a gasolina en

un auto elctrico. Para ello, el motor a gasolina sereemplaza por un motor AC controlado por torque,con su respectiva transmisin, tal como se muestraen la Figura 4. La energa que requiere el inversorde la Figura 3 para accionar al motor AC, es decir, latensin continua E en dicha figura, proviene de unbanco de bateras montado en el auto.

Figura 4: Motor con transmisin.

CONCLUSIONES

El control CDT en motores AC es una tcnica queactualmente cuenta con gran aceptacin en laindustria gracias a sus aplicaciones exitosas.La tcnica del control CTD emplea directamente losparmetros del motor AC para controlar el torque yno requiere de un dispositivo de realimentacin nitampoco un dispositivo de excitacin externa (verFigura 1). Estas caractersticas lo hacen msventajosa con respecto a los otros mtodos clsicos:control V/f o control vectorial.

Debido al gran rendimiento en torque de respuestaque presenta un motor AC de induccin controladocon DTC, se le emplea actualmente en los autoselctricos.

REFERENCIAS

[1] Piotr Wach (2011), Dynamics and Control ofElectric Drives, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg.

[2] Mukhtar Ahmad (2010), High Performance ACDrives. Modeling, Analysys and Control, Springer-Verlag London Limited.