Construcción de un Inversor Trifásico y Aplicación de Estrategias de Control Avanzado en Máquinas Eléctricas

Abstract

El presente Trabajo de Título tiene como objetivo realizar un análisis comparativo del desempeño de estrategias de control avanzado aplicadas a un motor de inducción, en base a resultados de simulaciones computacionales y pruebas experimentales. Para realizar las pruebas experimentales se construyó un dispositivo de inversión de voltaje previamente diseñado, que considera modificaciones para solucionar problemas de funcionamiento presentados por la versión original. Las estrategias de control aplicadas se basan en un esquema de control por orientación de campo, realizando modificaciones en el bloque de control de velocidad de la máquina. En primer lugar, se estudió la respuesta del sistema en base a un controlador de velocidad “PI fraccionario”, la cual corresponde a una novedosa técnica que considera cálculo de integrales no enteras para la determinación de la acción de control. En segundo lugar, se implementó una estrategia de control exclusivamente aplicable a motores de inducción denominada “Control por deslizamiento constante”. Esta estrategia está basada en la optimización del par entregado por la máquina, lo que se traduce en una reducción de las corrientes de línea para un nivel de carga fijo. Finalmente, se procedió a realizar el control de velocidad del motor de inducción mediante la estrategia clásica que usa un controlador PI, cuyos resultados servirán como base de comparación frente a las otras dos estrategias expuestas. Para realizar la comparación del desempeño de cada una de las técnicas se estudiaron los tiempos de estabilización, corrientes máximas por fase, robustez frente a perturbaciones de torque en el conjunto motor-carga, cálculo de índices de desempeño basadas en el error de control (IAE, ISE, ITAE, ITSE) y aplicabilidad experimental en tiempo real de cada una de las estrategias. Con respecto a los resultados obtenidos, se puede decir que la utilización de un controlador PI fraccionario permite obtener distintos tipos de respuestas, desde dinámicas lentas y sin fluctuaciones hasta respuestas rápidas con fuertes oscilaciones, dependiendo del orden de integración escogido. La estrategia de Control por deslizamiento constante presentó los resultados esperados a nivel de simulación (esto es, bajo error de seguimiento y reducción de corrientes de línea con respecto a las otras estrategias implementadas). Sin embargo, a nivel experimental, el sistema no respondió de la forma presupuestada ya que al imponer un deslizamiento constante las corrientes aumentaron considerablemente y no se consiguió un seguimiento de referencia de velocidad. El controlador PI puede ser interpretado como un caso particular del PI fraccionario (considerando orden de integración unitario), y presentó un comportamiento adecuado tanto en simulaciones como en pruebas de laboratorio.