Evaluación experimental de técnicas de control sobre una máquina de inducción basadas en el esquema de control por orientación de campo

Abstract

El rol fundamental que poseen las máquinas eléctricas dentro de la industria fomenta la búsqueda de técnicas de control efectivas y eficientes. De particular interés resulta la máquina de inducción tipo jaula de ardilla, la que por su sus bajos costos de fabricación y mantención, constituye el 90% de la energía consumida en máquinas eléctricas en la industria. Desde este punto de vista, resulta evidente la necesidad de disminuir el consumo de energía mediante estrategias adecuadas de control. Dentro de los esquemas de control para máquinas de inducción, la técnica de control por orientación de campo (FOC) es la más estudiada y, hasta el día de hoy, la más efectiva. Por esta razón, en la literatura se pueden encontrar diversos métodos que se basan en la topología FOC. No obstante, la mayoría considera modificaciones que aumentan de manera considerable la complejidad del esquema y no necesariamente se obtienen mejoras significativas en las prestaciones de control. En el presente Trabajo de Memoria se evalúan experimentalmente dos técnicas de control de velocidad basadas en una estructura de FOC indirecta. Las modificaciones que dan origen a las nuevas estrategias son relativamente sencillas y localizadas dentro de la estructura de FOC. La primera corresponde a una técnica que posee un controlador PI con una integral de orden fraccionario (no entero), denominada FOC-PIF. La segunda estrategia conserva todos los controladores del esquema FOC convencional, pero impone al deslizamiento (originalmente variable) a ser un valor fijo. El principal objetivo de la estrategia FOC-PIF es mejorar la respuesta en el seguimiento de velocidad presentada por la estrategia base. La técnica FOC-CSC, busca en cambio obtener un mismo nivel de torque pero reduciendo el consumo de corriente. Las pruebas realizadas para evaluar las técnicas propuestas fueron analizadas primero mediante simulaciones computacionales, procediendo luego a un análisis experimental. De esta comparación se concluyó que el modelo analizado posee una buena confiabilidad para estos estudios. A partir de los resultados experimentales se concluye que frente a referencias de velocidad que se mantienen constantes o varían suavemente bajo un nivel de carga mecánica fija, la técnica FOC-PIF muestra mejoras importantes durante el régimen transiente y mantiene el buen desempeño durante régimen permanente. Los resultados obtenidos al implementar la estrategia FOC-CSC, indican que se logra disminuir los niveles de corriente de estator en un nivel cercano al 33%, con respecto a las magnitudes entregadas por la técnica convencional. Por último, los resultados de las simulaciones indican que el modelo del motor y de los esquemas implementados constituyen una buena herramienta para obtener una idea de la respuesta dinámica de cada esquema y de las tendencias que se observarían en un eventual análisis comparativo entre dos esquemas. Sin embargo, el margen de error que poseen los cálculos realizados revela que la simulación implementada generalmente no puede entregar aproximaciones cercanas a la realidad experimental y, por lo tanto, los resultados deben ser interpretados sólo como órdenes de magnitud y no como valores representativos.