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ESTUDIO DE UN INVERSOR PWM BASADO EN CONTROL VECTORIAL EN SCILAB

Presentado por:           Georgette N. Martínez Villón                             

Centro de Investigaciones Eléctricas ­ Electrónicas 

del Perú

Laboratório de Inteligência Artificial, Eletrônica de Potência e Eletrônica Digital / DEL / UFMS / Brasil

I. Scilab

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Scilab es un programa gratuito de cálculo numérico especialmente diseñado para aplicaciones científicas y de ingeniería.

Fue desarrollado desde 1990 por investigadores del INRIA (Institut National de Recherche en Informatique et Automatique) y del ENPC (Ecole Nationale de Ponts et Chaussées), ambas instituciones francesas.

Desde mayo del 2003 es mantenido y desarrollado por el Consorcio Scilab, quien se encarga de organizar el intercambio

¿Qué es SCILAB?

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Objetivos del Consorcio Scilab

Los objetivos principales del consorcio son:

a) Organizar la cooperación e intercambio entre los desarrolladores de SCILAB, para incorporar dentro del programa los últimos avances científicos en el área de computación numérica.

b) Organizar la cooperación e intercambio entre usuarios de SCILAB de forma que el programa pueda ser utilizado en forma efectiva en la industria, educación e investigación.

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Miembros del Consorcio SCILABActualmente son 25 instituciones miembros del consorcion scilab:

ECOLE CENTRALE PARISECOLE POLYTECHINIQUEENPCESTEREL TECHNOLOGIES ANAGRAM TECHNOLOGIES

APPEDGEARTENUMAXS INGENIERIEATMEL ROMAENGNET KLIPPELMANDRIVASCALEO CHIP

STYREL TECHNOLOGIESTNI CEACNESDASSAULT AVIATIONEADSEDFIPFINRIAPSA PEUGEOT CITROENRENAULTTHALES

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Las unidades de investigación:crecimiento 100% de 2000 a 2007

INRIA

Presupuesto: 125 M€

6 Unidades de Investigación

 (550 personas por sitio)

Futurs

Loria

IrisaSophia Antipolis

Rocquencourt

Rhône­Alpes

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Scilab funciona sobre los sistemas Windows 9X/2000/XP/Vista, GNU/Linux. En su pagina web se proveen programas fuente, ayuda en línea y

manuales de utilización en inglés, Frances y Español..

Las versiones binarias de los programas para los diversos sistemas están igualmente disponibles

asi como tambien librerias que pueden añadirse al programa.

Sitio Web: www.scilab.org

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Web oficial SCILAB

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SCILAB para diversas plataformas

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Libros, Reportes y Articulos

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Material de lectura gratis

II. Instalación de SCILAB en Linux-Ubuntu

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Paso 0:

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Ejecucion de Scilab en Ubuntu

Paso 1:

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Ejecucion de Scilab en Ubuntu

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III. Inversor basado en Control Vectorial

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Introducción:

Los conversores DC/AC tienen por objetivo la transformación de tensión DC a tensión AC de amplitud y/o frecuencia variable dependiendo de la aplicación. Son utilizados en variadores de velocidad, sistemas de alimentación ininterrumpida, filtros activos, etc. Los conversores DC/AC se clasifican como inversores con fuente de voltaje (VSI) e inversores con fuente de corriente (CSI). Dentro de esta clasificación existen varias configuraciones de conversores DC/AC que dependen de la aplicación final y el nivel de voltaje o corriente de su salida. En el caso de los drive para motores de baja y mediana potencia, la topología típica es el medio puente inversor trifásico con fuente de voltaje.

Controlador    Actuador (INVERSOR)

M o t o rA C

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Control Vectorial

Principal Característica:

v R   =   V m   S e n ( w t )  v S   =   V m   S e n ( w t   ­   2 π / 3 )                                                                                  v T   =   V m   S e n ( w t   ­   4 π / 3 )   =   V m   S e n ( w t   +   2 π / 3 )  

                                                                                                                                                                                                                             I m                                                                                                                                                                                                                                   b                                                                                                                                                                                                                         V                                                                                                                                                                                    θ                                                                                                                                                                                                            a                           R e  

V   =   V ∠ θ  

Sistema Trifàsico Vector giratorio a travez del tiempo

Un Vector define Voltaje, corriente y flujo

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El proceso de conversión de voltaje DC/AC del inversor se logra mediante la implementación de técnicas de modulación, tales como las de modulación escalares (PWM) y vectoriales (SVM), siendo estas ultimas las más utilizadas actualmente en los sistemas drive para motores de inducción y en sistemas de alimentación trifásica, a la vez que presenta las mejores características de desempeño que las técnicas de modulación escalares o PWM (Modulación por Ancho de Pulso).

Modulación Vectorial SVPWM

Inversor Trifasico de 2 niveels

3 Fases (Ua, Ub y Uc)

2 Niveles (1/0)

8 Estados o Combinaciones

(S0,...S7)

8 Vectores

(U0,...U7)

6 sectores(I, II...VI)

       + U d c                                                                  a           b         c                                                   ­ U d c                                                                            0 1 1=U  

El inversor solo puede generar 1 vector de 8 en un instante de tiempo

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en un sistema trifásico los voltajes de fase Ua, Ub y Uc se representan por un vector rotatorio «U» de amplitud constante que gira en el plano complejo con frecuencia angular “w” (frecuencia de la señal de salida) (1) Transformada Clarke.

(1)

El coeficiente “C” se selecciona como 3/2 para mantener para mantener la conservación de la magnitud de voltaje. Reemplazando (2) en (1) se obtiene el vector rotatorio U en (3) siempre que alimente a una carga equilibrada.

(2)

(3)

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De forma equivalente, cada uno de los vectores de voltaje se puede obtener de la transformación de Clarke (para sistemas de referencia estacionarios), la cual permite pasar de un sistema trifásico a uno bifásico ortogonal, como se indica en (4).

[ ]3

)()(.2 tUtUUU cba +−

=α

3

)()( tUtUU cb −

=β

(4)

Un vector tambien se puede representar por sus coordenas cartesianas y para conseguir el un angulo “φ” en el sistema de referencia estacionario debemos usar una segunda transfromacion a coordenadas polares (r,φ) en donde el angulo nos determina el sector(I,II...VI) en donde se encuentra nuestro “vector de referencia” necesario para general el “vector deseado”.

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Dependiendo del estado de conducción de los transistores se generan los vectores U0, U1,...,U6, los cuales se encuentran espaciados 60° (π/3) entre sí (Figura 1).

Figura 1 (a) Mapa de los 8 estados del nversor, (b) Combinaciones del puente inversor 

(a) (b)

Vectores Nulos: Uo=U7

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Para un voltaje determinado a la salida del inversor se tendrá un vector de magnitud U y ángulo φ en el mapa de estados.

Figura 2. (a) Representación de vector referencia, (flecha punteada), en el sector 1). (b) Descomposición del vector de referencia sobre los vectores U1 y U2

T1, T2 y To=Tiempo en el cual se aplica a la carga el vector de voltaje respectivoTs o Tpwm= Tiempo necesario para generar un vectorma=Indice de modulación

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Posteriormente se elige una secuencia de conmutación que asegure que los  voltajes fase­neutro guarden entre si una simetria de cuarto de onda para reducir las armonicas impares en sus espectros. Una estas tecnicas es Secuencia simetrica de vectores nulos.

Figura 3.  «Symmetrical placement of zero vectors (SVPWM)»

IV. Diseño del inversor en SCILAB/Scicos

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Entorno Scilab/Scicos en Windows

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B lo q u e 1 B lo q u e 2

Vista superficial del diseño del inversor trifasico terminado.

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Del Bloque 1:

B 1 . 1

B 1 . 2

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Del bloque 1, tenemos la Transformada Clarke en B 1,1:

B 1 . 1

B 1 . 1

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Del bloque 1, tenemos B1.2 en donde el vector deseado es generado:

B 1 . 2

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Del bloque 2, tenemos:

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B lo q u e 1 B lo q u e 2

Vista superficial del diseño del inversor trifasico terminado y listo para correr:

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Salida del inversor trifasico por fase:

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Enlaces de interés:

Scilab: http://www.scilab.org

Scicos: http://www.scicos.org

Correo para consultas:                                                                                                 g_martinez@cieep.org