Esta nota de aplicación describe el control de vector espacial de un motor de inducción de CA trifásico mediante el microcontrolador ZNEO Z16FMC. El control vectorial permite un control eficiente y preciso de la velocidad y el par del motor.
Los motores de inducción de CA trifásicos son mecánicamente simples, robustos y confiables, cuestan menos por caballo de fuerza que los motores de CC y pueden ofrecer más par y eficiencia que los motores de CA monofásicos. Dependiendo de su tamaño, estos motores son más eficientes que los motores permanentemente síncronos. Un motor de inducción de CA trifásico se puede controlar variando las entradas de acuerdo con un modelo matemático de espacio vectorial complejo del campo de flujo del rotor. El control de vectores era el dominio de los procesadores de señales digitales (DSP) y algunos microcontroladores de 32 y 16 bits. Las presiones de costos y las crecientes expectativas de los consumidores han llevado a los ingenieros de diseño a buscar soluciones de hardware fundamentales para extraer el máximo rendimiento de los motores utilizados en los productos de consumo. Esta nota de aplicación describe el uso de Z16FMC ZNEO! de Zilog. Una microcomputadora de 16 bits que realiza el control vectorial de un motor de inducción de CA.
discusión
Las corrientes a través de cada uno de los tres devanados del motor se pueden sumar para formar el vector de corriente Is. Esto se puede transformar en un marco estacionario ortogonal de dos corrientes. La componente en cuadratura se denomina d para la componente directa de flujo y q para el par que produce la corriente en cuadratura. La relación física entre las corrientes de flujo y par se aprovecha en las máquinas electromagnéticas, como los motores eléctricos, para convertir la energía eléctrica en energía cinética. Sin embargo, hay situaciones en las que esta relación ortogonal entre vectores dq se distorsiona y se deben aplicar mecanismos para compensar los efectos no ortogonales. A altas velocidades, esta ortogonalidad de los motores puede verse alterada debido al efecto del BEMF parcialmente aumentado. En esta situación, el componente q puede estar rezagado, lo que resulta en una eficiencia subóptima. El control de vectores está destinado a compensar este efecto. Además, el par se puede controlar casi al instante.
Para un control eficiente del par, los campos del rotor y del estator deben estar alineados a 90 grados entre sí. Esta disposición de 90 grados maximiza el par y minimiza la corriente.
Se requieren los siguientes pasos para operar motores ACIM con control orientado al campo:
- Se rectifica la CA de la fuente de alimentación.
- La potencia de CC resultante se aplica a circuitos lógicos y de potencia.
- Un microcontrolador Z16FMC genera las señales de control del motor al puente inversor.
- Este puente inversor convierte la señal de control en tres señales de CA con cambio de fase de 120 grados.
Estos procesos se ilustran en la Figura 2. El puente inversor consta de 6 MOSFET IXYS capaces de manejar 64 A (continuos) a 55 V.