DTC: Control vectorial avanzado de convertidores de frecuencia ABB

Una técnica de control del motor para todas las estaciones del año

Descargue el Folleto de DTC

Descargar

¿Necesita más información?

dtc

Los convertidores de frecuencia han permitido obtener un rendimiento sin precedentes en los motores eléctricos, así como grandes ahorros de energía, al adaptar la velocidad y el par del motor a los requisitos reales de la carga accionada. Los VSD presentes en el mercado cuentan en su mayoría con una etapa moduladora que acondiciona las entradas de tensión y frecuencia al motor, pero ocasionan una demora inherente en el procesamiento de las señales de control. Por contra, los VSD de alta tecnología de ABB emplean el Control Directo de Par (DTC), una tecnología innovadora creada por ABB, que eleva enormemente la respuesta del par motor. La tecnología DTC provee además de otros beneficios que alcanzan hasta características de nivel de sistema.

Los convertidores de CA de alto rendimiento de ABB ofrecen una tecnología innovadora denominada Control Directo de Par (DTC). Tal y como su nombre indica, este método controla directamente el flujo y el par motor, en lugar de intentar controlar las corrientes indirectamente como los convertidores CA de control Vectorial y los convertidores de CC. Esto se traduce en una mayor precisión en la adecuación a los requisitos de carga de los sistemas accionados. Originado por una de las empresas fundadoras de ABB y patentado a mediados de la década de los ochenta, el DTC elimina la necesidad de una etapa moduladora extra y así consigue dinámicas de control cercanas al máximo teórico. 

Cuando ABB introdujo en el mercado su primer convertidor de CA con Control Directo de Par en 1995, el DTC era ya la tecnología líder en control vectorial de motor. Las posteriores mejoras en potencia computacional de procesadores, en programación de aplicaciones y las interfaces de comunicación han permitido el continuo desarrollo del DTC hasta los más altos rendimientos, proporcionando un control del motor Premium para una amplia gama de aplicaciones.

¿Por qué usar DTC?
Más allá de los motores de inducción
Mediciones recientes del rendimiento
DTC, hoy y mañana

Además de una respuesta superior a cambios de par, el DTC ofrece al cliente ventajas adicionales:

  • En el 95% de las aplicaciones no se necesita realimentación de posición o velocidad del motor. Por lo tanto, puede evitarse la instalación de encoders u otros dispositivos de realimentación que incrementan los costes de la instalación.
  • El DTC está disponible para diferentes tipos de motores, incluyendo motores de imanes permanentes y los nuevos motores síncronos de reluctancia.
  • Control preciso de par y velocidad hasta velocidades bajas, así como máximo par desde el arranque hasta velocidad cero.
  • Excelente linealidad del par.
  • Alta precisión de velocidad estática y dinámica.
  • Sin frecuencia de conmutación preajustada. La conmutación óptima del transistor se determina para cada ciclo de control, lo cual permite al convertidor adaptarse más fácilmente a las necesidades de la carga accionada.   

EL DTC se desarrolló originalmente para motores de inducción de CA debido a su popularidad en innumerables aplicaciones industriales y comerciales. El mejor indicativo del rendimiento de control DTC es el tiempo de respuesta de par (escalón de par del 100%), que se aproxima al límite de la constante de tiempo de respuesta del motor eléctrico de inducción. La incertidumbre de la repetibilidad del par bajo el mismo comando de referencia normalmente es tan solo del 1% del par nominal en todo el rango de velocidades del convertidor. 

La demanda de mayor densidad de potencia y la evolución de la normativa internacional de eficiencia han renovado el interés en otras topologías de motor. El control de motor DTC se ha mejorado para poder trabajar con motores síncronos de imanes permanentes (PMSM) y motores síncronos de reluctancia magnética (SynRM).  

La diferencia principal para el DTC se produce durante el arranque del motor. La ausencia de un rotor bobinado y del deslizamiento en los motores PMSM y SynRM aumenta la eficiencia a lo largo de un rango más amplio de par-velocidad que en los motores de inducción.

El elevado ratio par / tamaño de estos motores pueden permitir un diseño más simple del tren de transmisión. Por ejemplo, un motor PM de baja velocidad y de accionamiento directo puede eliminar la reductora de las máquinas de packaging. Un inconveniente de los motores PMSM es su dependencia de las denominadas tierras raras para la obtención del mejor rendimiento. Aquí es donde los motores SynRM proporcionan una alternativa porque no utilizan imanes permanentes.

A mediados del 2012, ABB llevó a cabo una serie de mediciones para asegurarse de que las continuas mejoras en la tecnología de DTC mantienen a los convertidores de CA de ABB a la cabeza del rendimiento. A continuación se resumen los resultados más significativos de las mediciones de prueba.

Estabilidad del par cerca de velocidad cero

Se ha comparado la precisión del control de par en lazo abierto (sin sensores) de los convertidores industriales de ABB, el ACS800 y el nuevo ACS880. Cada convertidor tiene conectado un motor de inducción de cuatro polos de 15kW, con referencia de par nominal, con la carga controlada para hacer inversiones de giro a bajas vueltas cerca de la velocidad cero.

 dtc1  
Ambos convertidores tienen una notable capacidad de control en lazo abierto para operar durante largos periodos cerca de la velocidad cero. No obstante, el nuevo ACS880 tiene una menor desviación de la referencia de par y puede por tanto proporcionar un mejor rendimiento del control del motor.

Precisión del par durante las rampas

Se ha comparado la precisión del control de par en lazo abierto del convertidor de frecuencia ACS880 con un motor de inducción de cuatro polos y con un motor síncrono de reluctancia magnética (SynRM) de 15kW (al 50% de su velocidad nominal). El DTC mantiene la desviación del par a solo un pequeño porcentaje del mismo en ambos tipos de motor. El error máximo de par es ligeramente menor para el motor síncrono de reluctancia que para el motor de inducción.
dtc2

Rendimiento dinámico de clase servo

Se ha medido la velocidad y la posición angular de un PMSM de 1.5 Nm y 6000 rpm durante un cambio de sentido de giro entre ± 6000 rpm en menos de 25 milisegundos (ms), muy cercano al límite teórico y a la constante de tiempo mecánica del motor de 24 ms.     A pesar de que el ACS880 no es un servo drive, el DTC permite una aceleración rápida y precisa del motor tanto en lazo abierto como en lazo cerrado. La comparación entre el tiempo de aceleración medido con la constante de tiempo mecánica nos proporciona una medida de la precisión de par durante una aceleración extremadamente rápida.
dtc3

Las actualizaciones a lo largo del tiempo han permitido al DTC llegar más allá de las aplicaciones de alta dinámica para los que fue creada. Las mejoras de software y el hecho de que los microprocesadores de alta potencia hayan pasado a ser componentes comunes, hacen que los convertidores con DTC estén económicamente justificados para una aplicación más amplia. La capacidad de responder rápidamente a cambios de variables de proceso como presión, tensión o posición usando excepcionales dinámicas de control de la velocidad y el par ha hecho que el DTC resulte atractivo para un mayor número de industrias.

Por otra parte, los convertidores de CA ofrecen un gran potencial de ahorro de energía para un gran número de aplicaciones de velocidad variable como bombas y ventiladores. Esto es debido a que la velocidad de una bomba frente a la potencia tiene una relación cúbica, lo cual implica que cuando una secuencia de proceso permite a la bomba moverse a 50% de la velocidad nominal, sólo se requiere 1/8 de la potencia.

En los cerca de 30 años de vida se ha desarrollado el hardware y el software continuamente. Basado en firmes fundamentos teóricos y en la tecnología DSP, el DTC ha superado las limitaciones de los primeros procesadores. Ahora los procesadores de alta potencia ejecutan rápidamente complejos algoritmos de control, actualizan el modelo de motor y conmutan los transistores de potencia del convertidor de frecuencia para un rendimiento óptimo.

El desarrollo del Control Directo de Par se ha realizado gracias a la inversión de considerables recursos y al respeto por la tradición de ABB en ingeniería de accionamientos. Hoy día, el DTC sigue siendo una tecnología viva. Se ha convertido en una marca que ofrece más que “control del par” mediante la incorporación de interfaces de usuario inteligentes, funciones de mantenimiento y diagnóstico del convertidor, así como un software a nivel de sistema.

De cara al futuro, en ABB tenemos la intención de continuar por el mismo camino que ha hecho de la tecnología DTC una tecnología perdurable. Los clientes de ABB pueden confiar en que las ventajas de la tecnología de control directo de par en la cual invierten hoy se mantendrán a largo plazo.

Loading documents
Select region / language