Análisis y simulación de un motor síncrono de imánes permanentes empleando el método de control orientado de campo mediante la modulación por ancho de pulso de vector espacial

Abstract

Hoy en día es difícil imaginar un mundo sin motores. Existen diferentes tipos y cada uno tiene características propias que los hacen ideales para una u otra aplicación. Desde el más pequeño hasta uno de gran potencia, los motores son usados en múltiples aplicaciones. Entre la variedad de motores los más comunes son los de corriente directa y los de corriente alterna. Dentro del último grupo, se encuentran los motores asíncronos, y síncronos. De ellos, los motores síncronos, aún se pueden subdividir en dos clases atendiendo al tipo de campo inductor o de excitación con que cuentan, es decir, si emplean devanado de excitación o imanes permanentes. Estos motores tienen características superiores a los asíncronos para la aplicación en los procesos donde se requieran de velocidad constante y respuesta rápida de torque. Sin embargo, su arranque o puesta en marcha y el control de su velocidad en función a la carga es muy complejo a diferencia de los motores asíncronos. Por ello, este tipo de motores requieren de sistemas complejos para controlar velocidad y torque en diferentes regímenes de funcionamiento, dado que en cada caso el motor debe mantener sus condiciones de sincronismo. Para este caso de estudio se usó el “Motor Síncrono de Imanes Permanentes” o por sus siglas MSIP, el cual es un sistema multivariable; es no lineal, y de alto acoplamiento magnético. En este caso el control vectorial de campo orientado ofrece una solución mediante transformaciones que permiten obtener un modelo dinámico del motor reduciendo sustantivamente la complejidad matemática. Por lo tanto, esta tesis está basada en el análisis del comportamiento del motor síncrono de imanes permanentes (MSIP) y la aplicación del control de campo orientado (FOC) empleando el software Matlab/Simulink. Todo el sistema de control está dividido en etapas funcionales, siendo estas: el generador de la modulación de ancho de pulso de vector espacial (SVPWM), modelo del MSIP, modulo inversor, transformación de coordenadas y sintonización de controladores. Luego, combinando esos módulos se construyó el modelo de simulación de la respuesta de velocidad y torque, dado que son los parámetros más importantes en el funcionamiento en estado estable de los MSIP. Finalmente se obtienen las gráficas que muestran que la curva de velocidad, torque y corriente llega a la respuesta deseada para diferentes niveles de carga.