A Modified Direct Torque Control (DTC) for Induction Motor Sensorless Drive

Cristian Lascu¹, Ion Boldea¹, Frede Blaabjerg²

Professor: Nady RochaAluno: Phablo Cabral de Oliveira

Universidade Federal da Paraíba Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

Acionamento de Máquinas Elétricas

22/04/2023PPGEE

Sumário• INTRODUÇÃO

• PROPOSTA DE ACIONAMENTO DO MOTOR DE INDUÇÃO SENSORLESS

• ESTIMADOR DO FLUXO, TORQUE E VELOCIDADE

• CONTROLADOR DIRETO DE TORQUE E FLUXO

• RESULTADOS EXPERIMENTAIS

• CONCLUSÕES

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Introdução• Grande interesse em pesquisas envolvendo motores de indução com

sistema sensorless:o Robustez Mecânica;o Simples Construção;o Manutenção mais simples e de menor custo.

• Estimação de fluxo, torque e velocidade.o Estimadores em malha aberta e em malha fechada.o Problemas de estimação da velocidade à baixa velocidade.

• Principais esforços na época:o Melhorias no funcionamento da estratégia sensorless à baixas

velocidades;o Desenvolvimento de estratégias de controle mais robustas.

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Introdução• O controle de torque direto ou DTC (Direct Torque Control)

convencional foi apresentado por Takahashi em 1985 e desde então tem sido bastante aplicado em acionamento de máquinas de indução.

• O DTC é uma técnica de controle de máquinas de indução com alto desempenho no controle do torque eletromagnético produzido.

• Uma das desvantagens desta técnica é a produção de um elevado conteúdo harmônico no torque produzido, devido a um grande número de chaveamentos no conversor fonte de tensão.

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Introdução• DTC-SVM , DTC baseado em modulação vetorial. A estratégia conta

com o controle digital de malha fechada para o torque e o fluxo, porém a tensão é produzida por uma unidade de modulação em espaço vetorial (SVM).o O desempenho transitório do DTC e a sua robustez são

preservados, com a vantagem de apresentar menor conteúdo harmônico no torque produzido.

• Comparativo entre DTC e DTC-SVM.

• Validação da proposta a partir da análise de resultados experimentais.

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PROPOSTA DE ACIONAMENTO

SENSORLESS DO MOTOR DE INDUÇÃO • Quanto à estratégia proposta:

o Fluxo rotórico constante;o Controle direto de torque e fluxo estatórico;o Controlador de velocidade é um PID clássico, produzindo o torque

de referência;o Somente a tensão do Link DC e duas correntes estatóricas são

medidas;

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PROPOSTA DE ACIONAMENTO

SENSORLESS DO MOTOR DE INDUÇÃO • A malha de controle do torque e do fluxo estatórico é a ativada pela

unidade DTC-SVM.

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ESTIMADOR DO FLUXO, TORQUE E

VELOCIDADE• O estimador irá calcular:

o Fluxo estatórico;o Fluxo rotórico;o Torque eletromagnético;o Velocidade angular rotórica;

• Possui como entradas as correntes estatóricas medidas, a tensão do link DC e a tensão gerada pelo SVM.

• Estimador de ordem completa, ampla faixa de velocidade e com observador de fluxo rotórico e estatórico.

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ESTIMADOR DO FLUXO, TORQUE E

VELOCIDADE• Estimador de fluxo:

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ESTIMADOR DO FLUXO, TORQUE E

VELOCIDADE• Modelo em malha aberta é obtido de:

• no referencial do fluxo rotórico: • Em coodenadas dq:

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ESTIMADOR DO FLUXO, TORQUE E

VELOCIDADE• Modelo de tensão adaptável usa os vetores de tensão e é obtido de:

• no referencial do estator:

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ESTIMADOR DO FLUXO, TORQUE E

VELOCIDADE• Estimador de velocidade com estrutura de um controlador de

referencia adaptável, baseado em:

• Então do modelo em malha aberta e do modelo de tensão adaptativa tem-se:

• Do regulador P.I tem-se:

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CONTROLADOR DIRETO

DE TORQUE E FLUXO

• Vetores tensão de referência:

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CONTROLADOR DIRETO

DE TORQUE E FLUXO• Unidade SVM:

o Princípio: Chaveamento entre dois vetores ativos adjacentes e um vetor zero durante o ciclo de trabalho.

o O vetor tensão de referencia é dado pela sua amplitude:

o E o seu ângulo :

o Com o Os ciclos de trabalho dos vetores são dados por:

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CONTROLADOR DIRETO

DE TORQUE E FLUXO• Unidade DTC&SVM:

o Durante um período de chaveamento:

o Garantindo que cada transistor só comute apenas uma vez durante o período de chaveamento.

o Os sinais de comando para o inversor quando os vetores são e

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CONTROLADOR DIRETO

DE TORQUE E FLUXO• Unidade DTC&SVM:

o Se o torque ou o fluxo se distanciarem muito do valor de referencia a estratégia utilizada passa a ser a DTC clássica, alterando os valores de torque e fluxo de maneira rápida.

o DTC clássico:Um único vetor de tensão em todo o período de chavemanto.

o O distanciamento geralmente ocorre com a saturação dos controladores P.I.

o A saturação geralmente ocorre em 1,5, dessa maneira se atinge 2 a estratégia DTC clássica passa a funcionar;

o Quando os valores de torque e fluxo voltam a se aproximar do valor de referencia então a estratégia SVM volta a funcionar.

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CONTROLADOR DIRETO DE TORQUE E

FLUXOo , 2 e

o , 4 e

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RESULTADOS EXPERIMENTAIS

• Os valores nominais do motor de indução são:

, , p=2 .

• O DSP é responsável por todos os cálculos e o microcontrolador produz os sinais PWM.

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DTC-SVM DTC Clássico

RESULTADOS EXPERIMENTAIS

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RESULTADOS EXPERIMENTAIS

• Fluxos estimados

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DTC-SVM DTC Clássico

RESULTADOS EXPERIMENTAIS

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DTC-SVM DTC Clássico

RESULTADOS EXPERIMENTAIS

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RESULTADOS EXPERIMENTAIS

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CONCLUSÕES

• Com a aplicação da Estratégia DTC-SVM houve diminuição das ondulações em toda a faixa de velocidade, consequentemente, as estimativas de fluxo, do binário e da velocidade são melhoradas.

• A resposta rápida e a robustez do DTC clássico são inteiramente preservados.

• O frequência de comutação é constante e controlável. Enquanto para o DTC um único vector de tensão é aplicada durante um tempo de amostragem, para o DTC-SVM, uma sequência de seis vectores é aplicado durante o mesmo tempo.

• Um estimador de velocidade MRAC foi proposto e testados em velocidade alta e baixa.

• Pode-se afirmar que na topologia usando DTC-SVM, o desempenho geral do sistema é melhorado.