29 septiembre 2009

Controles de motores orientados al campo

Los avances en los controladores de señales digitales de bajo coste (DSCs) permiten a los diseñadores usar técnicas de control de motores avanzadas. Por ejemplo, la corrección del factor de potencia (PFC) y los controles orientados al campo (FOC) ahorran energía.
Antes de la llegada de los controladores de señales digitales, la corrección del factor de potencia y las técnicas de control orientadas al campo requerían técnicas específicas fabricadas de forma específica para el cliente ICs. Los propietarios del hardware de control de motores eran inflexibles, faltando provisiones para modificar o mejorar una aplicación.
Los esquemas de control de los viejos motores dependían de controles de motor escalar con semiconductores de potencia. Los controles escalares varían con una frecuencia de onda sinusoidal que varía con el voltaje. La retroalimentación, cuando se usaba, realizaba solamente las funciones más rudimentarias y rudas, tales como la velocidad del motor. Los elementos de control pueden no procesar datos lo bastante rápido como para medir parámetros directamente tales como la corriente instantánea en el devanado del motor. Los antiguos controles de motores con algoritmos avanzados, tales como control orientado al campo, contenían costosos procesadores de señales digitales (DSPs). Los MOSFETs y otros dispositivos semiconductores de alta potencia hacían que estos dispositivos fuesen físicamente rudos. Aunque las últimas transmisiones de motor necesitan MOSFETs e IGBTs, son mucho más compactos y eficientes. Más significativamente, nuevos motores usan capacidad de control y lógica integrada DSC, eliminando el gasto de instalación de componentes adicionales. Esto resulta en controladores menos caros y más pequeños que consumen poca energía eléctrica. Los motores síncronos de magnetismo permanente (PMSMs) con respuesta dinámica reaccionan rápidamente a los cambios de velocidad, tales como la conmutación entre centrifugado y giro en las máquinas de lavar ropa. Los algoritmos FOC controlando PMSMs aparecen para proporcionar tales respuestas con mayor eficiencia que el control escalar en los motores de inducción standard. Controlando la corriente del estator por FOC también el tensado del par para las operaciones de motor más silenciosas. Los controles de señales digitales contienen interfaces a la medida para el control del motor, tales como los moduladores de ancho del pulso (PWMSs), convertidores analógicos a digitales (ADCs), y entradas de codificador de cuadratura. La mayoría de las otras instrucciones ejecutan un ciclo de reloj simple para respuestas rápidas. La combinación permite filtros digitales basados en software y mejora los tiempos de respuesta anti eventos sin la necesidad de hardware adicional. Algunos convertidores analógicos a digital en DSCs convierten muestras de entrada a tasas de 1 millón de muestras por segundo, mientras manejan cuatro entradas simultáneamente. Esta tasa de muestreo alta es crucial para su capacidad sensora en los controladores del motor. Los únicos componentes adicionales necesarios son resistencias sensoras baratas para medir las corrientes de devanado en las fases del motor.
Motores orientados al campo para control de motores
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DCSs pueden cerrar PWMs en caso de fallos catastróficos señalados vía entradas digitales. Los clientes europeos pueden usar una corrección de factor de potencia para cumplir las regulaciones de energía. El único componente adicional necesario para un PFC es un interruptor, un interruptor de potencia y un diodo. ADCs en DSC mide corriente y voltaje del bus de potencia dc. Basado en estas entradas, el DSC ajusta el conmutador de energía a través de un módulo PWM vía un bucle de control PID que mantiene el factor de potencia próximo a la unidad. Los controles de microprocesador permiten que los PMSMs ahorren energía. DSCs puede desconectar PWMs en caso de que las entradas vía digital señalen fallos. ADCs en DSC mide corriente y voltaje desde el bus de potencia dc. Basado en estas entradas, el DSC ajusta el conmutador de potencia a través de un módulo PWM vía un bucle de control PID que mantiene el factor de potencia cerca de la unidad.
¿Cómo trabajan los controles orientados al campo?
Muchos vendedores ofrecen algoritmos FOC gratuitamente. Usualmente una fuente de código es descargable de la web, donde puede descargarse código para el desarrollo del control del motor. Las interfaces de usuario gráficas presentan operaciones que permiten a los ingenieros analizar y evaluar rápidamente variables para su ensayo.
Palabras clave: power-factor correction (PFC), field-oriented control (FOC)
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