Accionamientos El

1
Accionamientos Eléctricos. Tema 6. Control
Vectorial de Inversores
INDICE DEL TEMA

1. Control vectorial del inversor
2. Modulación vectorial
3. Límites de funcionamiento del inversor
4. Implementación práctica

Profesora Mónica Chinchilla Sánchez Universidad
Carlos III. Dpto. Ing. Eléctrica. Ingeniería
Industrial, 5º curso
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Convertidores Electrónicos
I. Control Vectorial del Inversor
RECTIFICADOR ETAPA DC - INVERSOR
S
T
R
3
I. Control Vectorial del Inversor

• La onda adelantada impone el sentido de la
  transferencia de P
• El sentido de Q depende de la diferencia modular
  entre Vcon y V

4
I.1 Definición De VECTOR ESPACIAL
k
Un fasor espacial describe una magnitud que
evoluciona senoidalmente en el espacio. ? ? ?
5
I.1 Definición De VECTOR ESPACIAL
Vector espacial
Referencia estacionaria
Referencia giratoria
5
Como referencia estacionaria eje magnético de la
fase a
6
I.2 Control de convertidores Electrónicos
Rectificador trifásico totalmente controlado
vA(t)
iA
A
N
B
C
vcon a(t)
j X IA
d
j

• La onda adelantada impone el sentido de la
  transferencia de P

• El sentido de Q depende de la diferencia modular
  entre Vcon y V

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I.3 Control Vectorial
Cómo gobernar el factor de potencia
?
Los ejes dq giran en sincronismo con el fasor de
tensión de la red
... existe una proporción directa de la Q y la
componente Iq
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I.3 Control Vectorial Del Inversor
Consigna de corriente iq para controlar el factor
de potencia
UDC
id

ucon
d
Modulación
iq

ucon
2
q
Ud
3
q
ib
ia
i
d
Consignas
i
q
ubc
PCC
red
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Cálculo de los reguladores de corriente
I.3 Control Vectorial Del Inversor

• La calidad de un sistema de control viene
  determinada por el comportamiento del sistema
  tanto en régimen permanente como en régimen
  transitorio.
• RREQUISITOS  
•    En estado estacionario y en presencia de todas
  las perturbaciones, el error del sistema, que es
  la desviación entre la variable controlada y la
  referencia, debe ser tan pequeño como sea
  posible.
•     El sistema debe ser estable. Ante un cambio
  de consigna o ante una perturbación el sistema
  debe alcanzar un nuevo régimen permanente
  admisible.
•     Tanto después de una perturbación como de un
  cambio en la consigna, el nuevo régimen
  permanente debe alcanzarse tan rápido como sea
  posible.

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Reguladores de qué dependen
         El comportamiento de la red, se
representa por medio de la función de
transferencia  
  donde la ganancia estática de la red es y su
constante de tiempo es
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Reguladores de qué dependen
         Para el cálculo de los reguladores, el
inversor se modeliza como un elemento de primer
orden, de ganancia unidad y que introduce un
retardo ?con en el sistema
  El retardo ?con representa fundamentalmente el
tiempo transcurrido desde que el sistema de
control genera un cambio en la señal de
referencia, hasta que convertidor modifica el
estado de sus semiconductores
         La función de transferencia del
regulador PI  
Luego kpkr y kikp/tr
12
Reguladores de qué dependen
13
Reguladores de qué dependen

Imponiendo que el amortiguamiento ? valga para
que la sobreoscilación no supere el 5 se obtiene
un valor de la constante del regulador kr de
ki kp/?r kr/?g
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Reguladores de qué dependen
Estabilidad. Sistema discreto
4
3
2
1
Eje Imaginario
0
-1
-2
-3
-4
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Eje Real
Diagrama polar en el dominio discreto, en el
entorno del punto z-1 del sistema (En el ej.
muestreado con una frecuencia de 3000 Hz )
15
I.3 Control Vectorial Del Inversor Resultado
del ajuste PIs (UDC)
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Convertidores Electrónicos

• II. Modulación

17
II. Modulación Vectorial.Seguimiento del fasor
de referencia (usd, usq )
El puente puede tener 8 estados de conducción
distintos. Los 6 vectores activos delimitan la
zona de funcionamiento hexagonal
v0(0,0,0) v7(1,1,1)
18
II. Modulación Vectorial.Seguimiento del fasor
de referencia (usd, usq )
19
Modulación Vectorial.Seguimiento del vector
espacial de referencia (ud, uq )
La tensión de fase está delimitada por los
6 estados activos del puente. Ej fase a
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Tensiones de fase ua,ub,uc
21
Modulación Vectorial.Seguimiento del vector
espacial de referencia (ud, uq )
t
22
II. Modulación Vectorial
fs compromiso entre precisión y pérdidas
23
II. Modulación Vectorial
El mínimo número de conmutaciones del inversor
se obtiene aplicando
24
II. Modulación Vectorial
Cada sector está delimitado genéricamente por va
y vb.
fs1/T 1/(2.Ts)
que da lugar a una moduladora como
25
II. Modulación Vectorial
Empleando la zona de sobremodulación se amplia el
margen de funcionamiento dinámico
26
II. Saturación de la onda moduladora.Armónicos
(Ma)
0,5
0,45
Ma1
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
h
2
60
120
180
Espectro armónico de la tensión para varios
valores de Ma.
27
II. Convergencia
Convergencia de UL a Onda Cuadrada .Ampliación
de Ma
28
II. Modulación. Generación de los pulsos (PWM)
Topología básica del convertidor en fuente de
tensión El primer armónico de Vao es la réplica
de Vcontrol
29
II. Cómo reducir la distorsión de las corrientes?
fs múltiplo de 3 e impar (3kHz)
PCC
orden 40
30
Contenido armónico de las ondas de corriente en
PWM ()
PWM 6-pulsos 12-pulsos
1 100 100 100
3 1.9 - -
5 2.8 21-26 2-4
7 0.5 7-11 1
11 0.16 8-9 8-9
13 0.3 5-7 5-7
17 0 4-5 0-1
19 0.125 3-5 0-1
31
III. Limites de funcionamiento del inversor
La región del plano P-Q en la que el inversor
puede trabajar depende de
ia(t)

ib(t)


vcon a(t)
n
cómo seleccionar estas variables?
Realizar un análisis sistemático de la influencia
de cada variable sobre la potencia activa y
reactiva máximas transferibles a la red
Método actual aproximado UDC 2 UL
32
Dlf
Cómo realizar un
dimensionado óptimo del convertidor?
Método sistemático de elección óptima los
componentes del inversor
Circuito equivalente monofásico para el
armónico fundamental de la tensión de alterna
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Limites de funcionamiento del inversor
VALORES BASE PB Pmax UB U red UDCB ?6 UB
Habría que aumentar UDC
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Limites de funcionamiento del inversor
MÉTODO SISTEMÁTICO DE ELECCIÓN DE LOS COMPONENTES
DE UN VSI DIAGRAMA DE LÍMITES DE FUNCIONAMIENTO
rt1,3
rt0,7
Referencia P 1 puuDC1 pu xred 0,02
puMa0,9
Variación de los límites con rt
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Limites de funcionamiento del inversor Límites
Consignas Id,iq
El diagrama es útil para establecer los límites
de las consignas de corriente en el control
vectorial
UDC
id
UDC
Modulación vectorial
Q
iq
q
ib
ia
i
d
Consignas
i
q
ubc
red
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Obtención de las referencias giratorias
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RESULTADOS EXPERIMENTALES.INVERSOR

P(W) Q(VAr)
t(s)
i (pu) u(pu)
i
t(s)

• Respuestas P(W) (--) y Q (VAr) (--) dentro de los
  límites de funcionamiento,
• b) tensión (pu) y corriente (pu) inyectada en
  la red
• c) Espectro armónico de la corriente (h2 to
  100)

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RESULTADOS EXPERIMENTALES.INVERSOR

Q (VAr)
t(s)

i (pu) u(pu)

t(s)
h
a) Respuestas P(W) /Q(VAr) para Magt1,15,
b)Tensión de red (pu) y corriente inyectada en la
red (pu) c)Espectro armónico de la corriente
(h2 to 100)