Control escalar y vectorial de motores de inducción: ¿cuál es la diferencia?

Motor asíncrono — un motor de CA en el que las corrientes en los devanados del estator crean un campo magnético giratorio. Este campo magnético induce corrientes en el devanado del rotor y, actuando sobre estas corrientes, arrastra consigo al rotor.

Sin embargo, para que el campo magnético giratorio del estator induzca corrientes en un rotor giratorio, el rotor en su rotación debe retrasarse ligeramente con respecto al campo giratorio del estator. Por tanto, en un motor de inducción, la velocidad del rotor siempre es ligeramente inferior a la velocidad de rotación del campo magnético (que viene determinada por la frecuencia de la corriente alterna que alimenta al motor).

La desaceleración del rotor por el campo magnético giratorio del estator (deslizamiento del rotor) cuanto más, mayor es la carga del motor. La falta de sincronización entre la rotación del rotor y el campo magnético del estator es un rasgo característico del motor de inducción, de ahí su nombre.

El campo magnético giratorio en el estator es generado por devanados alimentados con corrientes desfasadas. La corriente alterna trifásica se suele utilizar para este fin. También hay motores de inducción monofásicos donde el cambio de fase entre las corrientes en los devanados se crea al incluir diferentes reactancias en los devanados.

Para regular la velocidad angular de rotación del rotor, así como el par en el eje de los motores sin escobillas modernos, se utiliza el control vectorial o escalar del accionamiento eléctrico.

control escalar

era lo mas comun control de un motor de inducción escalar, cuando, por ejemplo, para controlar la velocidad de rotación de un ventilador o una bomba es suficiente con mantener una velocidad de rotación constante del rotor, para esto es suficiente una señal de retroalimentación de un sensor de presión o de un sensor de velocidad.

El principio del control escalar es simple: la amplitud de la tensión de alimentación es función de la frecuencia, siendo la relación tensión/frecuencia aproximadamente constante.

La forma específica de esta dependencia está relacionada con la carga en el eje, pero el principio sigue siendo el mismo: aumentamos la frecuencia y el voltaje aumenta proporcionalmente según la característica de carga del motor dado.

Como resultado, el flujo magnético en el espacio entre el rotor y el estator se mantiene casi constante. Si la relación voltaje-frecuencia se desvía del valor nominal de un motor, entonces el motor estará sobreexcitado o subexcitado, lo que provocará pérdidas del motor y mal funcionamiento del proceso.

Por lo tanto, el control escalar permite lograr un par de eje casi constante en el rango de frecuencia de operación, independientemente de la frecuencia, pero a bajas revoluciones el par sigue disminuyendo (para evitar esto, es necesario aumentar la relación tensión-frecuencia), por lo tanto , para cada motor hay un rango de control escalar operativo estrictamente definido.

Además, es imposible construir un sistema de control de velocidad escalar sin un sensor de velocidad montado en el eje porque la carga afecta en gran medida el retraso de la velocidad real del rotor con respecto a la frecuencia del voltaje de suministro. Pero incluso con un sensor de velocidad con control escalar, no será posible ajustar el par con alta precisión (al menos no es económicamente factible).

Esta es la desventaja del control escalar, lo que explica la relativa escasez de sus aplicaciones, limitadas principalmente a motores de inducción convencionales, donde la dependencia del deslizamiento de la carga no es crítica.

Control de vectores

Para deshacerse de estas deficiencias, en 1971, los ingenieros de Siemens propusieron utilizar el control vectorial del motor, en el que el control se realiza con retroalimentación sobre la magnitud del flujo magnético. Los primeros sistemas de control vectorial contenían sensores de caudal en los motores.

Hoy, el enfoque de este método es ligeramente diferente: el modelo matemático del motor le permite calcular la velocidad del rotor y el momento del eje en función de las corrientes de fase actuales (a partir de la frecuencia y los valores de las corrientes en los devanados del estator) .

Este enfoque más progresivo permite un control independiente y casi inercial del par y la velocidad del eje bajo carga, ya que el proceso de control también tiene en cuenta las fases de las corrientes.

Algunos sistemas de control vectorial más precisos están equipados con bucles de retroalimentación de velocidad, mientras que los sistemas de control sin sensores de velocidad se denominan sin sensores.

Entonces, dependiendo del campo de aplicación de este o aquel accionamiento eléctrico, su sistema de control vectorial tendrá sus propias características, su propio grado de precisión de regulación.

Cuando los requisitos de precisión para la regulación de velocidad permiten una desviación de hasta el 1,5 % y el rango de regulación no supera 1 en 100, entonces el sistema sin sensores está bien. Si se requiere la precisión del ajuste de velocidad con una desviación de no más del 0,2 %, y el rango se reduce de 1 a 10 000, entonces es necesario contar con retroalimentación para el sensor de velocidad del eje. La presencia de un sensor de velocidad en los sistemas de control vectorial permite un control de par preciso incluso a bajas frecuencias de hasta 1 Hz.

Entonces, el control de vectores tiene las siguientes ventajas. Alta precisión de la regulación de la velocidad del rotor (y sin un sensor de velocidad) incluso en condiciones de carga del eje que cambia dinámicamente, mientras que no habrá patadas. Rotación suave y uniforme del eje a bajas revoluciones. Alta eficiencia debido a bajas pérdidas en condiciones de características óptimas de tensión de alimentación.

El control de vectores no está exento de inconvenientes. La complejidad de las operaciones computacionales.La necesidad de establecer los datos iniciales (parámetros de accionamiento variables).

Para un accionamiento eléctrico de grupo, el control vectorial es fundamentalmente inadecuado, aquí el control escalar es mejor.