En las aplicaciones de motorización de sistemas y equipos son de sobra conocidas las ventajas que comporta la utilización de motores asíncronos de corriente alterna (también llamados motores de inducción) en cuanto a robustez, sencillez, coste y mantenimiento se refiere. El motor de inducción es más robusto, compacto y de menor volumen, peso y precio que un motor de continua de la misma potencia. Además a diferencia de éste, carece de colector por lo que requiere un mínimo mantenimiento.
Por ello en la última década los motores de inducción alimentados a través de convertidores de frecuencia han ido desplazando paulatinamente a los motores de corriente continua. Sin embargo, los motores de inducción presentan una seria desventaja con respecto a los motores de corriente continua en las aplicaciones que requieren una velocidad de funcionamiento variable, debido al fuerte acoplamiento que existe entre las variables de las ecuaciones dinámicas del motor.
La regulación de la velocidad del motor de inducción se puede realizar variando la frecuencia de alimentación, pero estas variaciones de frecuencia provocan también una variación en el flujo del motor, debido al acoplamiento de las variables, lo cual deriva en cambios no deseados en el par.
El llamado control escalar tensión/frecuencia constante, donde el valor eficaz de la tensión de alimentación varía proporcionalmente a la frecuencia, tiene en cuenta dicho acoplamiento. Su objetivo es mantener el flujo constante en el rotor para que el motor pueda suministrar par máximo a cualquier velocidad. El control escalar es una buena aproximación para trabajar en régimen permanente o para regular la velocidad cuando las exigencias del control no son estrictas. La regulación se lleva a cabo sobre variables externas del motor (tensión y frecuencia). Cuando se provoca un cambio en las variables externas, para cambiar el punto de funcionamiento, las variables internas tardan un tiempo en adecuarse a la nueva situación, lo cual produce una respuesta dinámica lenta e imprecisa.
Una mejora importante en la respuesta dinámica el motor de inducción se puede obtener mediante la aplicación de técnicas de control vectorial, que permiten desacoplar el par y la velocidad, con lo que, en teoría, se obtienen unas prestaciones dinámicas equiparables a las del motor de continua. En estas técnicas vectoriales la regulación se realiza a través de ciertas variables internas del motor, con lo cual se posibilita la mejora de la respuesta dinámica y la precisión respecto al control escalar.
El principal inconveniente del control vectorial se encuentra en el hecho de que las variables internas, ni son medibles, ni se puede actuar sobre ellas de forma directa. Esto obliga a trabajar con un modelo matemático del motor, para lo cual es necesario conocer con exactitud el valor de los parámetros dinámicos del motor. De no conocerse de forma precisa dichos parámetros, aparecen problemas de imprecisión que deterioran, en gran medida, el funcionamiento del control.
El problema surge debido a que algunos de los parámetros dinámicos no se pueden medir directamente, y además su valor puede cambiar a lo largo del tiempo, debido, por ejemplo, a las variaciones en la temperatura del motor.
Para solucionar estos inconvenientes, en los últimos años se están proponiendo esquemas de control adaptativo que estiman los parámetros internos del motor con lo cual se evita la necesidad de conocer su valor. Además los algoritmos adaptativos permanecen activos durante el proceso de regulación, de forma que tendrán en cuenta los cambios que se puedan producir en los parámetros dinámicos durante el funcionamiento del control. El problema de los algoritmos adaptativos es que no presentan un funcionamiento adecuado bajo ciertas condiciones no ideales como pueden ser la dinámica no modelada o el ruido.
Para solucionar este problema se podrían utilizar los algoritmos de control adaptable junto con técnicas de control robusto que el grupo de investigación ha estado desarrollando. Estos algoritmos se han validado mediante diferentes simulaciones pero será de gran interés comprobar su funcionamiento sobre un motor de inducción de tipo industrial, dado que las simulaciones sólo proporcionan una primera aproximación del comportamiento real del sistema físico.
Principios de funcionamiento, características, clasificación, funcionamiento con velocidad variable.
Incidencias importantes en las aplicaciones de variadores de frecuencia
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