Modelado y control por estructura variable de máquinas polifásicas de inducción - Suárez, Eduardo G. (1998)
Capítulo 1: Introducción: 1.1 Presentación histórica y motivación: Tradicionalmente los motores de CC han dominado el campo de las aplicaciones industriales que requieren de servomecanismos de posición y de accionamientos de velocidad variable. Esto es una consecuencia de la simplicidad de los circuitos de excitación involucrados, y de la característica de linealidad entre corriente de armadura y torque que poseen estas máquinas. Como contrapartida, estos motores son de compleja fabricación y sufren de desgaste por el rozamiento de las escobillas y arcos de conmutación. Por el contrario, las máquinas de CA, y en particular las máquinas polifásicas de inducción con rotor jaula de ardilla, son robustas, de construcción mucho más sencilla (y por consiguiente más económicas), y no requieren prácticamente de ningún mantenimiento. Sin embargo, los circuitos electrónicos requeridos para su control son notablemente más complejos que aquellos utilizados en máquinas de CC. Algunas de las razones son las siguientes: i) Debe sintetizarse una tensión o una corriente de excitación polifásica, en general de magnitud y frecuencia variable. ii) Dado que el rotor carece de conexiones accesibles desde el exterior, su estado (tensión, corriente y flujo) debe ser inferido a partir de mediciones eléctricas en el estator y eventualmente de mediciones mecánicas en el eje. La objeción mencionada en i), se ha visto notablemente subsanada en la actualidad con el advenimiento de dispositivos de conmutación de estado sólido de alta potencia y sencilla excitación, tales como FET's de potencia o IGBT's. Como consecuencia de los recientes avances en el desarrollo de esta tecnología, se han reducido considerablemente los costos de los accionamientos de CA, y se ha mejorado su performance, incrementándose de esta manera su popularidad en la industria. En cuanto a ii), resulta en la actualidad económicamente viable utilizar microprocesadores o computadoras personales sobre las cuales se implementan algoritmos de estimación de estados (observadores), junto con estrategias de control. Las señales proporcionadas por estos algoritmos serán las que comanden a los actuadores electrónicos que excitan a la máquina eléctrica. Estos algoritmos requieren de modelos matemáticos dinámicos de la máquina, junto con mediciones externas tales como tensión y corriente de estator. En la actualidad, existe un creciente interés en la utilización de técnicas de control modernas para el accionamiento de máquinas eléctricas. Esto está motivado por las características de alta performance (tales como respuesta dinámica rápida, características de control insensible a parámetros, y rápida recuperación a caída de la velocidad producida por impactos de carga) que se requieren en muchas aplicaciones, entre ellas en el área de robótica, máquinas herramientas, y trenes de laminación. Puesto que los controladores lineales convencionales (PID) no pueden satisfacer simultáneamente todos estos requerimientos, es necesario recurrir a la utilización de algoritmos de control más sofisticados tales como Control Vectorial [55], [45], Control de Estructura Variable [34], [56], [19], y Control de Torque Directo [3], [32].La tendencia actual en el estudio de técnicas de control aplicadas a máquinas eléctricas no se limita sólamente a la utilización de la misma como motor. En las últimas décadas, mucho esfuerzo de investigación ha sido orientado hacia su accionamiento como generador autónomo, particularmente en el área de generación de energía de pequeña escala. En este campo se destaca la utilización de máquinas de inducción accionadas por motores primarios que utilizan fuentes renovables de energía, tales como turbinas eólicas y microturbinas hidráulicas. 1.2 Objetivos del trabajo: El objetivo de la presente tesis es la utilización de las técnicas provenientes de la teoría de Control por Estructura Variable (CEV) con modos deslizantes, para desarrollar estrategias de control sobre Máquinas Polifásicas de Inducción (MPI), con el interés de lograr técnicas de control que resulten tecnológicamente atractivas. La problemática se ha centrado, principalmente, en el control de la tensión y de la frecuencia de un Generador de Inducción Autoexcitado (GIA). Para ello se desarrollaron los siguientes aspectos: Se realizó el modelado dinámico de la máquina de inducción (motor/generador), teniendo en cuenta sólamente el caso en que no se considera la saturación magnética del núcleo. El modelo se expresó utilizando diferentes variables de estado, y se representó en dos sistemas de referencias diferentes. Se desarrollaron además las relaciones existentes entre las variables de estado, y se obtuvieron expresiones para algunas variables adicionales dependientes de las primeras, tales como la frecuencia de sincronismo, la frecuencia de deslizamiento, y el par electromagnético.//CALIFICACION DEPARTAMENTO DE GRADUADOS Calificación de la defensa oral: Distinguido - 8 (ocho) Fecha: 10/7/98
Tesis--Universidad Nacional del Sur, 1998.
Incluye referencias bibliográficas.
Keywords: Maquinaria electrica; Teoria del control