Direct torque control of permanent magnet synchronous machines using Matrix Converters
- Autores: Carlos Ortega García
- Directores de la Tesis: Antoni Arias Pujol (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2008
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Josep Balcells Sendra (presid.), Josep Pou Félix (secret.), Cyril Spiteri Staines (voc.), Greg Asher (voc.), Ramón Blasco Giménez (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
La demanda d’aplicacions industrials avançades, fa que el control de màquines elèctriques de corrent altern (AC) sigui una disciplina contínuament creixent per satisfer l’alt nivell d’exigència. Tradicionalment, la màquina d’inducció (IM) ha estat la més utilitzada en aplicacions industrials de velocitat variable, incloent-ne bombes i ventiladors, màquines tèxtils i de paper, vehicles elèctrics, generació eòlica, etc. A més dels requeriments funcionals, l’estalvi energètic és, actualment, un aspecte a tenir en compte en aplicacions de velocitat variable. Una alternativa molt atractiva a la IM és la màquina síncrona d’imants permanents (PMSM). Entre d’altres avantatges, aquest tipus de màquines ofereixen una eficiència més elevada, alta densitat de potència i una resposta dinàmica molt ràpida. La demanda industrial de PMSM es situa en el rang de petita potència, encara que el interès en aquest tipus de màquines està creixent, en particular fins al rang dels 100 kW. Històricament, les màquines utilitzades en aplicacions de velocitat variable han estat alimentades per inversors de potència. En els últims anys, el convertidor matricial ha esdevingut un clar competidor del inversor convencional. Un convertidor matricial és un circuit de topologia avançada capaç de convertir directament AC en AC generant una tensió de càrrega amb amplitud i freqüència variable, amb flux de potència bidireccional, formes d’ona sinusoïdal tant a l’entrada com a la sortida i operant amb factor de potència unitari a l’entrada. A més, degut a que requereix no elements inductius ni capacitius per emmagatzemar energia, el disseny del convertidor matricial és molt compacte. Existeixen molts tipus de control per màquines de AC, essent els basats en control vectorial els més adequats per aplicacions de d’alt rendiment. Entre d’altres, el control de camp orientat i el control directe de parell son els més utilitzats. Tot i essent una de les tècniques emergents en aplicacions industrials, el control directe de parell té implícites una sèrie de limitacions que, encara avui, s’estan investigant. El treball presentat en aquesta tesi, s’endinsa en la investigació del control directe de parell per PMSM alimentats amb convertidors matricials. Aquest, treball considera el reemplaçament del inversor convencional per un convertidor matricial, explotant les característiques d’aquest per tal de reduir el arrissat del parell i del flux en la PMSM, inherent al control directe de parell. Durant el transcurs d’aquest treball s’ha desenvolupat un nou control directe de parell utilitzant vectors curts i llargs del convertidor matricial. Els efectes indesitjats de la tensió en mode comú, relacionada amb la utilització de convertidors de potència, és altre dels aspectes que s’aborden en aquest treball. Un algoritme molt simple que redueix la tensió en mode comú ocasionat pel control directe de parell amb convertidors matricials ha estat desenvolupat i investigat en aquesta tesi. La principal limitació de les tècniques “sensorless” basades en models o observadors és que fallen a baixes velocitats. La necessitat d’operar a baixa velocitat o velocitat zero, ha desencadenat la investigació d’altres tècniques on s’exploren les asimetries de la màquina a partir de la injecció d’un senyal d’alta freqüència per obtenir-ne la posició del rotor. Durant aquesta tesi s’ha desenvolupat un nou algoritme de injecció d’un vector rotatori en el pla ??? quan s’utilitza el control directe de parell.
