Metodología de control de máquinas eléctricas de IP con capacidad de debilitamiento de campo

Control methodology of PM machine with field weakening capability

En el mundo actual los requerimientos de los accionamientos se hacen cada vez más exigentes en cuanto a precisión y eficiencia. Por esta razón los diseñadores se ven obligados a encontrar nuevas topologías y mecanismos de control que las satisfagan, especialmente para aplicaciones de velocidad variable como tracción eléctrica. Las máquinas sincrónicas de imanes permanentes son una solución atractiva debido a su elevada eficiencia y su gran densidad de potencia. En estas aplicaciones, para velocidad por debajo de la nominal, el accionamiento opera a torque constante siguiendo la trayectoria de máximo par por ampere. Para valores de velocidad por encima de la nominal es necesario inyectar un flujo negativo en el eje directo, para reducir el flujo impuesto por el imán. De esta manera el voltaje y la corriente se mantienen en 1.0 pu.Este efecto se logra con un control adecuado del ángulo de la corriente en los ejes dq. Este trabajo muestra un método de control para operar las máquinas de corriente alterna e imanes permanentes con capacidad de debilitamiento de campo.Utilizando el Simulink del Matlab se verifica la estrategia de control propuesta. Además se muestran las propiedades de una nueva topología de MCAIP para aplicaciones de velocidad variable.

INTRODUCCIÓN

Las máquinas eléctricas de corriente alterna e imanes permanentes (MCAIP) han llamado la atención de los diseñadores en los últimos años debido a su elevada eficiencia y densidad de potencia. Debido a que estas son máquinas sincrónicas, necesitan para su funcionamiento algún elemento externo para su partida.

El desarrollo alcanzado en la electrónica de potencia y en las técnicas de control promueve la utilización de las MCAIP con su respectivo convertidor de frecuencia, logrando además un excelente comportamiento de accionamiento en estado estable.

En muchas aplicaciones de alto torque y baja velocidad las MCAIP son las preferidas, pero presentan una particular desventaja para rangos de velocidad por encima de la nominal [1]. El flujo fijo impuesto por los imanes en el entrehierro hace que al aumentar la velocidad, el voltaje inducido en los devanados se incremente a valores muy por encima de los permitidos por la propia máquina y el convertidor.

Para evitar este fenómeno se debe debilitar el campo en el entrehierro para rangos de operación por encima de la velocidad nominal [4]. Numerosos métodos de debilitamiento de campo han aparecido para solucionar este problema. En este trabajo se detalla uno en particular. Utilizando la Técnica de Control Vectorial se coloca el vector de corriente de estator de forma tal que, para velocidades por encima de la nominal, una parte del flujo asociado a ella se reste al flujo principal impuesto por el imán manteniendo el voltaje constante en los terminales de la máquina.