Este documento describe una práctica de simulación de control vectorial por orientación de campo (FOC) de un motor trifásico de inducción. La práctica incluye simulaciones de modulación SPWM y SVM, control de corrientes Id e Iq, compensación de torque al arranque, y debilitamiento de campo. El objetivo es analizar las técnicas de control de motores trifásicos y verificar el correcto funcionamiento del controlador FOC a través de diferentes pruebas en el simulador.

1. ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
LABORATORIO DE CONTROL DE MÁQUINAS
PRÁCTICA N°8
1. TEMA
SIMULACIÓN DE CONTROL VECTORIAL POR ORIENTACIÓN DE CAMPO (FOC) DE UNA MÁQUINA TRIFÁSICA DE
INDUCCIÓN O ASÍNCRONA
2. OBJETIVOS
2.1. Analizar las técnicas de modulación para motores trifásicos de inducción
2.2. Analizar el funcionamiento del control vectorial aplicando a un motor trifásico de inducción.
INFORME:
1) Presente las formas de onda y el circuito final simulado en la práctica para modulación SPWM y
SVM (y mostrar la diferencia y ventajas de la una sobre la otra)
Circuito de Potencia incluido el circuito de carga automático del capacitor del bus de DC.
Circuito de control

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VSM

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Espectro de Fourier del voltaje línea línea con modulación SVM

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Modulación SPWM
Circuito de potencia y control
Formas de onda y análisis de Fourier
Señales para general la SPWM

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Espectro de Fourier del voltaje línea línea con modulación SPWM
Análisis de resultados: en base al análisis de fourier el volteje línea-línea con el que se alimenta al motor de
inducción utilizando SVM presenta menor contenido armónico que al modular con SPWM, por lo que se deduce
que la técnica de moculación SVM es mejor que cuando se modula con SPWM.

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2) Mostrar como varía 𝑰 𝒒 e 𝑰 𝒅 luego poner una carga de torque, estableciento una paso de 1000-1500
rpm analizar con filtro y sin filtro. EL torque varía de 0.2 Nm @ 0.4 Nm, mostrar la respuesta en lazo
cerrado.
Paso de velocidad de 1000-1800 [rpm]
Formas de Onda de las señales con filtro

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Formas de Onda de las señales sin filtro
Circuito de Potencia con el Paso de Carga

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Paso de carga
Como se aprecia en la figura anterior se tiene la compensación ante un paso de carga, por lo
que la máquina avanza a compensar su velocidad y sigue la velocidad de referencia, probando
el correcto funcionamiento del controlador.
3) Analizar el circuito de ejemplo proporcionado por PSIM del control digital que utiliza el Control
Vectorial.

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Desglozando por bloques
Transformación de abc @ dq0.- En este bloque se realiza la transformación de parámetros de las corrientes en
ABC para poder disponer de Id e Iq para controlar el flujo y torque respectivamente. El bloque en mención posee
una entrada de posición angular que es el resultado del lazo de control de velocidad con un integrador, con el
objeto de mantener alineados los ejes de alfa e Id para que el sistema transformado se reduzca a dq0 y hacer
del control factible.
Entonces para controlar la velocidad y el torque se va a realizar el control tanto de Id como de Iq.
Para realizar el control de Id se utiliza el bloque mostrado en la figura, para la cuál se requier de la señal de
referencia y la Id de salida del bloque abc @ dq0. Se implementa un control PI.
Para realizar el control de Iq para controlar el torque se procede de la siguiente manera:
- Se dispone del modelo de la máquina trifásica de inducción, la cual tiene como entradas los valores de
Id, Iq y la posición angular que da el encoder; y da como salidas la velocidad de la máquina y el ángulo
theta de alineación de los ejes alfa e Id.
- Ahora, con la velocidad de la máquina y una señal de referencia de la velocidad, se realiza el control PI
de velocidad dando como resultado la referencia de Iq (ya que está directamente relacionada), luego
con este valor de referencia de Iq y la señal de salida Iq del bloque abc@ dq0, se obtiene el valor de Iq
controlada.

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En el bloque de transformación dq0 @ abc se realiza la transformación de coordenadas dq a abc para tener las
señales sinusoidales modulantes de cada ramal para la comparación con la señal portadora diente de sierra.
Es entendido que en la práctica se deben enviar las señales a cada para de igbt’s de forma negada y con zona
muerta, para evitar los cortocircuitos.

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4) Demostrar el debilitamiento de campo con la carga a 80Hz y con 𝑰 𝒅 = 𝒄𝒕𝒆 para que el motor no sea
capaz de mover la carga, LUEGO, modificar para arrancar la carga. (Compensación de torque).
Se tiene el debilitamiento de campo.
Se tiene el circuito de completo de Control por Debilitamiento de Campo
Donde se tiene una carga demasiado alta por lo que el motor no es capaz de moverla.
Como se aprecia en la figura, la velocidad decae.

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Debido al decaimiento de la velocidad se debe realizar una compensación de la Id, para poder llegar a
velocidades deseadas, realizando una compensación ante esa carga al arranque del motor.
Bloques de Control
Compensación del Regulador de la corriente Id.
Bloques de Control

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Forma de Onda de compensación al arranque:
Se realiza una compensación en la corriente Id, para que el motor pueda arrancar y poder llegar a su
velocidad de referencia, para un motor AC de 4 polos a 80 [Hz] es de 2400 [r.p.m]
Se tiene el debilitamiento de campo al realizar una compensación en la corriente Id, haciendo que la velocidad
aumente por encima de su nominal.
5) Conclusiones y Recomendaciones.
- Para el control vectorial por debilitamiento de campo se debe tener en cuenta la compensación de
torque en el arranque, ya que el motor es incapaz de mover cargas altas si estas se encuentran
conectadas, por lo que el controlador debería tomar las acciones necesarias y compensar la
corriente Id, que tiene que ver con el flujo de la máquina para que éste se mantenga constante y
así poder también controlar el torque. El torque está directamente relacionado con la corriente Iq.
- Cuando se realiza un paso de carga de torque en el sistema completo a lazo cerrado, se tiene que
el controlador compensa las corrientes Iq lo que quiere decir que el torque depende de la corriente
Iq.
- Al realizar la simulación de las técnicas SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulated) y SVM (Space
Vector Modulation) y obtener el espectro de Fourier del voltaje línea línea de alimentación al motor,
se concluye que con modulación SVM el contenido armónico es menor.
- El uso de filtros pasabajos es indispensable al momento de realizar las mediciones, así como es
aislamiento del circuito de potencia del de control.
- Es determinante el uso de un encoder de alta resolución para que la obtención del valor de theta
sea lo más preciso posible. Como se observa cada bloque debe estar desarrollado y probado
previamente para garantizar su funcionamiento óptimo y así tener un resultado final adecuado y
esperado.
- En la práctica las señales de disparo de los IGBT’s deben incluir tiempo de zona muerta (las señales
correspondientes a cada ramal para evitar cortocircuitar la fuente y que los elementos se quemen
por corriente.
6) Bibliografía
- Apuntes de clase, “Control de Máquinas Eléctricas”. EPN 2015.
- Ayuda de los bloque de PSIM.
- “SPACE VECTOR MODULATION FOR THREE-LEG VOLTAGE”Ambos