Como proveedor de VF VFD de control de VF, he sido testigo de primera mano que el control de par de rol crucial juega en el rendimiento y la eficiencia de las unidades de frecuencia variable. En este blog, exploraremos los diversos métodos de control de torque de un VF VFD de control VF, profundizando en sus principios, ventajas y aplicaciones.
Comprensión del par en VFDS
El par es la fuerza de rotación que hace que un objeto gire alrededor de un eje. En el contexto de VFDS, el control de par es esencial para mantener la velocidad y el rendimiento deseados del motor en diferentes condiciones de carga. Un control de control VF VFD (unidad de frecuencia variable) ajusta la frecuencia y el voltaje suministrado al motor para controlar su velocidad y par.
Control de par directo (DTC)
Uno de los métodos de control de torque más avanzados es el control de torque directo (DTC). DTC ofrece un control directo y rápido del par y el flujo del motor. En lugar de usar una transformación de coordenadas compleja como en otros métodos, DTC selecciona directamente el vector de voltaje óptimo en función de la diferencia entre la referencia y los valores reales de torque y flujo.
El principio detrás de DTC es minimizar el error entre el par y flujo reales deseados y reales. Al usar un controlador de histéresis, DTC puede ajustar rápidamente el vector de voltaje para mantener el par y el flujo dentro de las bandas especificadas. Esto da como resultado una respuesta dinámica muy rápida, que es particularmente útil en aplicaciones donde se requieren cambios rápidos en el par, como en robótica y mecanizado de alta velocidad.
Las ventajas de DTC incluyen:
- Respuesta dinámica rápida: Puede lograr un tiempo de respuesta de torque en el orden de milisegundos, lo que permite una aceleración rápida y desaceleración del motor.
- Precisión de gran par: El control preciso del par se puede mantener incluso en diferentes condiciones de carga.
- Estructura de control simplificada: Dado que no se basa en transformaciones de coordenadas complejas, el algoritmo de control es relativamente simple, reduciendo la carga computacional en el controlador.
Sin embargo, DTC también tiene algunas limitaciones. Puede generar niveles relativamente altos de ondulación de torque, lo que puede causar vibraciones mecánicas en el motor y el equipo conectado. Además, la frecuencia de conmutación del inversor en DTC no es constante, lo que puede conducir a problemas de interferencia electromagnética (EMI).
Control vectorial
El control vectorial, también conocido como control orientado al campo (FOC), es otro método de control de torque ampliamente utilizado para VF VFDS. La idea básica del control del vector es transformar las corrientes del estator de tres fase del motor en dos componentes ortogonales: el componente productor de par (corriente del eje Q) y el componente productor de flujo (corriente del eje D).
En el control vectorial, las corrientes del estator se miden primero y luego se transforman del marco de referencia estacionaria de tres fase a un marco de referencia de dos fase giratorio que está alineado con el flujo del rotor. Al controlar de forma independiente las corrientes Q - Axis y D - Axis, el par y el flujo del motor se pueden controlar por separado.
Hay dos tipos principales de control de vectores: control de vector directo y control de vector indirecto. En el control directo del vector, la posición del flujo del rotor se mide directamente utilizando sensores como sensores de pasillo o codificadores. El control del vector indirecto, por otro lado, estima la posición del flujo del rotor en función de los parámetros eléctricos del motor y las corrientes del estator medidas.
Las ventajas del control vectorial incluyen:
- Precisión de control de par alto: Puede proporcionar un control muy preciso del par, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren una alta velocidad de precisión y regulación de torque, como en ascensores y maquinaria textil.
- Ondulación de bajo par: En comparación con DTC, el control del vector generalmente produce menos ondulación de torque, lo que resulta en una operación más suave del motor.
- Frecuencia de conmutación constante: El inversor en Vector Control funciona a una frecuencia de conmutación constante, lo que ayuda a reducir EMI.
Sin embargo, Vector Control también tiene algunos inconvenientes. Requiere un conocimiento preciso de los parámetros eléctricos del motor, como resistencia al estator, resistencia al rotor e inductancia mutua. Cualquier error en estos parámetros puede afectar el rendimiento del sistema de control. Además, el algoritmo de control es más complejo que DTC, lo que requiere un controlador más potente.
Control V/F con impulso de torque
El control V/F es el método de control más simple y más utilizado para VFD. En el control V/F, la relación del voltaje (V) con la frecuencia (F) se mantiene constante para mantener un flujo magnético relativamente constante en el motor. Sin embargo, a bajas frecuencias, la caída de voltaje de resistencia del estator se vuelve significativa, lo que puede causar una disminución en el par del motor.
Para compensar esto, se agrega el impulso de torque al control V/F. El impulso de torque aumenta el voltaje a bajas frecuencias para mantener el par del motor. Esto se logra agregando un componente de voltaje adicional al voltaje de salida del VFD en función de la frecuencia.
Las ventajas del control V/F con refuerzo de torque incluyen:
- Algoritmo de control simple: Es fácil de implementar y requiere un conocimiento mínimo de los parámetros del motor.
- Bajo costo: Dado que no requiere sensores complejos o algoritmos de control, el costo del VFD es relativamente bajo.
- Adecuado para solicitudes generales: Se usa ampliamente en aplicaciones donde el control de torque preciso no es crítico, como en ventiladores, bombas y transportadores.
Sin embargo, el control V/F con el refuerzo de torque tiene capacidades limitadas de control de torque. No puede proporcionar el mismo nivel de precisión de par y respuesta dinámica que DTC o control vectorial. El impulso de par es una compensación fija, que puede no ser óptima para todas las condiciones de carga.
Aplicaciones de diferentes métodos de control de par
- Control de torque directo: DTC está bien, adecuado para aplicaciones que requieren una respuesta dinámica rápida y un alto rendimiento de par, como en vehículos eléctricos, trenes de alta velocidad y robots industriales. Por ejemplo, en un vehículo eléctrico, DTC puede ajustar rápidamente el torque del motor para proporcionar una aceleración y desaceleración suaves, mejorando la experiencia de conducción del vehículo.
- Control vectorial: El control de vectores se usa comúnmente en aplicaciones que exigen alta velocidad de precisión y control de par, como en máquinas herramientas, ascensores y maquinaria textil. En una máquina herramienta, el control de vectores puede garantizar fuerzas de corte precisas controlando con precisión el par del motor, lo que resulta en un mecanizado de alta calidad.
- Control V/F con impulso de torque: El control V/F con impulso de torque se usa ampliamente en las aplicaciones generales de propósito donde el costo, la efectividad es una preocupación importante, como en los fanáticos, las bombas y los sopladores. En una aplicación de ventilador, puede mantener una velocidad relativamente constante y proporcionar un par suficiente para conducir las cuchillas del ventilador.
Conclusión
En conclusión, la elección del método de control de par para un VF VFD de control VF depende de los requisitos específicos de la aplicación. El control de par directo ofrece una respuesta dinámica rápida, pero puede tener problemas con el torque Ripple y EMI. El control del vector proporciona un control de torque de alta precisión, pero requiere parámetros del motor precisos y un algoritmo de control más complejo. El control V/F con el refuerzo de torque es simple y costoso, efectivo pero tiene capacidades limitadas de control de torque.
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Referencias
- Boldea, I. y Nasar, SA (2005). Unidades eléctricas: un enfoque integrador. CRC Press.
- Novotny, DW y Lipo, TA (2006). Control vectorial y dinámica de las unidades de CA. Oxford University Press.
- Bose, BK (2002). Electrónica de potencia moderna y unidades de CA. Prentice Hall.