Control de Bucle Cerrado de Accionamientos

En un sistema de bucle cerrado, la salida del sistema se retroalimenta a la entrada, permitiendo al sistema controlar el accionamiento eléctrico y autoajustar su operación. Los bucles de retroalimentación en un accionamiento eléctrico se incorporan para cumplir con los siguientes requisitos críticos:

• Mejora del par y la velocidad: Para aumentar el rendimiento del par y la velocidad del sistema.

• Mejora de la precisión en estado estacionario: Para mejorar la precisión del sistema durante la operación en estado estacionario.

• Protección: Para proteger los componentes del accionamiento eléctrico de posibles daños.

Los componentes clave de un sistema de bucle cerrado incluyen el controlador, el convertidor, el limitador de corriente y el sensor de corriente, entre otros. El convertidor juega un papel crucial en la conversión de la potencia de frecuencia variable a una frecuencia fija y viceversa. Por otro lado, el limitador de corriente tiene como función evitar que la corriente supere un valor máximo preestablecido. A continuación, exploraremos los diferentes tipos de configuraciones de bucle cerrado.

Control de límite de corriente

Este esquema de control está diseñado para mantener las corrientes del convertidor y del motor dentro de un rango seguro durante las operaciones transitorias. El sistema presenta un bucle de retroalimentación de corriente integrado con un circuito lógico de umbral.

El circuito lógico actúa como un mecanismo de protección, protegiendo el sistema de corrientes excesivas. En caso de que las operaciones transitorias hagan que la corriente supere el valor máximo preestablecido, se activa el circuito de retroalimentación. Este toma medidas correctivas inmediatamente, obligando a la corriente a disminuir por debajo del umbral máximo. Una vez que la corriente vuelve a niveles normales, el bucle de retroalimentación se desactiva, retomando su estado de espera.

Control de par de bucle cerrado

Los sistemas de control de par de bucle cerrado se utilizan ampliamente en vehículos alimentados por batería, aplicaciones ferroviarias y trenes eléctricos. El par de referencia T^* se determina por la posición del pedal del acelerador. El controlador del bucle trabaja en conjunto con el motor para asegurar que la salida real del par siga de cerca el valor de referencia T^*. Al ajustar la presión sobre el acelerador, el operador puede controlar eficazmente la velocidad del sistema de accionamiento, ya que la salida de par influye directamente en la aceleración y la velocidad del vehículo o tren.

Control de velocidad de bucle cerrado

El diagrama de bloques del sistema de control de velocidad de bucle cerrado se ilustra en la figura siguiente. Este sistema presenta una estructura de control anidada, con un bucle de control interno incrustado dentro de un bucle de velocidad externo. La función principal del bucle de control interno es regular la corriente y el par del motor, asegurando que permanezcan dentro de los límites de operación seguros.

Control de velocidad de bucle cerrado

Supongamos que existe una velocidad de referencia ωm∗ que genera un error de velocidad positivo Δω*m. Este error de velocidad es procesado por un controlador de velocidad y luego se introduce en un limitador de corriente. Es importante notar que el limitador de corriente puede sobrecargarse incluso en presencia de un error de velocidad menor. El limitador de corriente establece entonces la corriente para el bucle de control de corriente interno. Posteriormente, el sistema de accionamiento inicia la aceleración. Una vez que la velocidad del accionamiento coincide con la velocidad deseada, el par del motor es igual al par de carga. Este equilibrio hace que la velocidad de referencia disminuya, resultando en un error de velocidad negativo.

Cuando el limitador de corriente alcanza la saturación, el accionamiento entra en modo de frenado y comienza a desacelerar. Por el contrario, cuando el limitador de corriente se desatura, el accionamiento pasa suavemente del estado de frenado al modo de tracción.

Control de velocidad de bucle cerrado de accionamientos multi-motor

En los sistemas de accionamiento multi-motor, la carga total se distribuye entre múltiples motores. Cada sección del sistema está equipada con su propio motor, que es principalmente responsable de soportar la carga específica de esa sección. Aunque las calificaciones de los motores varían según el tipo de carga que sirven, todos los motores operan a la misma velocidad. Cuando los requisitos de par de cada motor individual se satisfacen mediante su mecanismo de conducción respectivo, el eje de conducción solo necesita soportar un par de sincronización relativamente pequeño, facilitando la operación coordinada de la configuración multi-motor.

En una locomotora, debido a diversos grados de desgaste, las ruedas no giran a una velocidad uniforme. Como resultado, la velocidad de conducción de la locomotora fluctúa en consecuencia. Además de mantener una velocidad constante, es igualmente crucial asegurar que el par se distribuya de manera uniforme entre los múltiples motores. Si este equilibrio no se logra, un motor puede sobrecargarse mientras otro queda subutilizado. Este desequilibrio finalmente lleva a una situación donde el par nominal de toda la locomotora es significativamente menor que la suma de las calificaciones de par de los motores individuales.