ARRANQUE DE UN MOTOR DE INDUCCIÓN USANDO CONTROL DIFUSO(Starting an induction motor with a fuzzy controller)

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Resumen
Este artículo presenta el aprovechamiento de la lógica difusa como parte de la inteligencia artificial en el área de electrónica de potencia y drivers de motores, para mejorar el desempeño durante el arranque de un motor de inducción. Para alimentar el motor de inducción, dos configuraciones de circuitos se han escogido: series de tiristores conectados en anti-paralelo y un inversor trifásico. Estrategias de control como arranque suave y Control Directo del Par incorporando control difuso han sido propuestas para reducir la corriente y mejorar el torque. Los resultados obtenidos de la simulación de un motor de inducción jaula de ardilla de 1.1 KW con estos métodos electrónicos, muestran un mejoramiento en el desempeño en el periodo de arranque, reduciendo la corriente e incrementando el torque.
Abstract
This paper presents the use of fuzzy logic as part of artificial intelligence in the area of power electronics and motor drivers to improve performance during the startup of an induction motor. To feed the induction motor, two circuit configurations have been chosen to use: a series of thyristors connected in ant parallel and a threephase
inverter. Control strategies such as soft start and Direct Torque Control incorporating fuzzy control have been current proposals to reduce and improve torque. The results of a simulated induction motor squirrel cage of 1.1 KW to these electronic methods show an improvement in performance at boot time, reducing power and increasing the torque.

Sujets

• Lógica difusa
• Motor asíncrono
• Tiristor
• Soft start
• Direct torque control
• Fuzzy logic
• Induction motor
• Thyristor

Informations

• Publié par: erevistas
• Publié le: 01 janvier 2011
• Nombre de lectures: 145
• Langue: Español

Extrait

con-ciencias
Arranque de un motor de inducción usando
control difuso
Starting an induction motor with a fuzzy controller
CAMILO BARRIGA TURRIAGO
Ingeniero eléctrico, ingeniero de I.M.MAN.COL. Bogotá, Colombia. kamilobt@
gmail.com
JUAN ZAMBRANO
Licenciado en Matemáticas y Física, especialista en Educación Matemática. Do-
cente de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Bogotá, Colombia.
[e-mail]
Clasificación del artículo: Investigación (Conciencias)
Fecha de recepción: 28 de mayo de 2011 Fecha de aceptación: 29 de agosto de 2011
Palabras clave: Arranque suave, control directo de par, inversor trifásico, lógica difusa, motor
de inducción, tiristores.
Key words: Soft start, direct torque control, three-phase inverter, fuzzy logic, induction motor,
thyristor.
la simulación de un motor de inducción jaula de RESUMEN
ardilla de 1.1 KW con estos métodos electróni-
cos, muestran un mejoramiento en el desempeño Este artículo presenta el aprovechamiento de la
en el periodo de arranque, reduciendo la corrien-lógica difusa como parte de la inteligencia artiÞ -
te e incrementando el torque.cial en el área de electrónica de potencia y drivers
de motores, para mejorar el desempeño durante el
arranque de un motor de inducción. Para alimen- ABSTRACT
tar el motor de inducción, dos conÞ guraciones
de circuitos se han escogido: series de tiristores This paper presents the use of fuzzy logic as
conectados en anti-paralelo y un inversor trifási- part of artiÞ cial intelligence in the area of power
co. Estrategias de control como arranque suave y electronics and motor drivers to improve perfor-
Control Directo del Par incorporando control di- mance during the startup of an induction motor.
fuso han sido propuestas para reducir la corriente To feed the induction motor, two circuit con-
y mejorar el torque. Los resultados obtenidos de Þ gurations have been chosen to use: a series of
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thyristors connected in ant parallel and a three- induction motor squirrel cage of 1.1 KW to these
phase inverter. Control strategies such as soft start electronic methods show an improvement in per-
and Direct Torque Control incorporating fuzzy formance at boot time, reducing power and in-
control have been current proposals to reduce creasing the torque.
and improve torque. The results of a simulated
* * *
electrónicos tales como el arranque por medio 1. INTRODUCCIÓN
de tiristores y un inversor trifásico.
Los motores de inducción son de gran impor-
tancia y de extendido uso en la industria por sus
múltiples ventajas: su Þ abilidad, bajo costo, una 2. LÓGICA DIFUSA
estructura simple, un mantenimiento práctico y
su larga vida. Aunque estos motores tienen mu- La lógica difusa o teoría de conjuntos difusos ha
emergido como una herramienta provechosa para chas características favorables, también poseen
el control de procesos industriales complejos, sis-no linealidad e interacciones dinámicas que va-
temas de diagnóstico y otros sistemas expertos. Fue rían en el tiempo [1]. Además los motores de
introducida por el Dr. Lofti Zadeh de la universi-inducción durante el proceso de arranque, la
dad de Berkeley en 1965 como una herramienta corriente instantánea es tan grande que usual-
matemática para tratar con incertidumbres. mente alcanza cuatro o siete veces la corrien-
te nominal, experimentando con esto una gran
La teoría difusa provee un mecanismo para re-sacudida sobre su torque inicial; esto tiene un
presentar conceptos lingüísticos tales como impacto sobre la vida del motor, deteriorándolo
“mucho”, “poco”, “mediano”, “bastante”. En y originando perturbaciones en la red eléctrica.
general, la lógica difusa suministra una estructu-Estas perturbaciones pueden llegar a ocasionar
ra de inferencia que permite apropiar las capaci-fallas en otras cargas de la misma red interna,
dades del razonamiento humano [3].afectando los procesos de producción de las in-
dustrias. Teniendo en cuenta estos fenómenos
Para establecer un control difuso, es necesario
que se presentan en el arranque de los moto-
interpretar reglas que son basadas en la expe-
res de inducción se debe limitar la corriente de
riencia, como la símil causa y efecto en una ac-
arranque [2]. En la actualidad, el control difuso ción. Estas reglas dan valores de entrada y salida
ha tenido un amplio uso en muchos campos;. correspondientes a situaciones de interés, me-
principalmente el control difuso imita el con- diante sentencias “SI…. ENTONCES…”, éstas
trol que se logra por la experiencia, este puede son incorporadas.
aproximarse al control humano sin necesidad
de construir el modelo matemático exacto del Cuando se habla de Protocolo Lingüístico en un
sistema, haciéndolo apropiado para sistemas no control difuso se habla de las sentencias o re-
lineales, como motores de inducción. La mayor glas que nos dan una descripción cualitativa del
contribución de este artículo está en el aprove- proceso, usando variables lingüísticas en vez de
chamiento de la lógica difusa para mejorar el variables numéricas. El proceso de convertir una
desempeño durante el arranque de un motor de variable numérica a una variable lingüística (nú-
inducción jaula de ardilla, usando arranques mero difuso) se denomina fuzziÞ cación.
arranque de un motor de inducción usando control difuso 33
CAMILO BARRIGA TURRIAGO / JUAN ZAMBRANOcon-ciencias
La forma de obtener estas reglas depende del
proceso y el conocimiento que se tenga acerca de
este. Por ejemplo, una regla de control podría ser:
si la salida es más baja que el requerimiento y está
cayendo moderadamente, entonces, la entrada al
sistema debe incrementarse gradualmente.
El proceso inverso de fuzziÞ cación se denomina
defuzziÞ cación. El uso de controladores difusos
proporciona una salida mediante una variable
lingüística. Fig. 1. Arranque por medio de tiristores.
Acorde con el requerimiento del mundo real, las
variables lingüísticas tienen que ser transforma-
das a salidas numéricas, uno de los métodos de
defuzziÞ cación más conocidos es el “centro de
gravedad”.
3. METODOLOGÍA
A continuación se describen el procedimiento
realizado para el arranque suave difuso y el con-
trol directo de par difuso.
3.1 Arranque suave difuso
El uso de arranques suaves se mantiene como
una solución tradicional en el arranque de mo-
tores de inducción para reducir la corriente. El Fig. 2. Secuencia de disparo de tiristores.
principio de un arranque suave es fundamental-
mente la variación del voltaje del motor hasta el
simultáneamente para permitir el ß ujo de co-valor nominal de operación, mediante el ajuste
rriente hacia la carga [6].del ángulo de disparo de tiristores a frecuencia
constante [4].
Sin embargo, uno de los deméritos de un arran-
que suave es que dado a la relación cuadrática El ángulo de disparo de los tiristores debe ser
entre el par electromagnético y el voltaje, al calculado como una función del tiempo [5]. En
reducir el voltaje se produce una considerable la Fig. 1 se muestra el circuito convencional del
caída en el par electromagnético, el cual pue-arranque suave, cada fase tiene dos tiristores que
de causar posibles fallas al motor con carga en están conectados en anti paralelo. En esta conÞ -
el arranque [7]. Esto implica que el tradicional guración los tiristores son disparados de acuerdo
con la secuencia de los pulsos de disparo como arranque suave es apropiado para aplicaciones
muestra la Fig. 2. En esta Þ gura se puede obser- de baja carga, a bajas velocidades, tales como
var que al menos dos tiristores deben conducir ventiladores y bombas.
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Fig. 3. Funciones de pertenencia propuestas para el Fig. 5. Relación entre la entrada y la salida en el con-
tiempo de simulación. trolador difuso del arranque suave.
entrada y la salida del controlador respectiva-3.1.1 Control difuso
mente.
El controlador difuso empleado es de tipo Ma-
El controlador difuso es diseñado intuitivamen-mdani para simular el algoritmo de arranque
te, los tiristores son inicialmente (t1) disparados suave. Para el tiempo de simulación como señal
con un ángulo grande (a3) de este modo el de entrada del controlador, se Þ jaron tres funcio-
voltaje aplicado es pequeño. Secuencialmente nes de pertenencia t1 (tiempo inicial), t2 (tiem-
el ángulo va variando de 118° (2.06 rad) a 0° po medio) y t3 (tiempo Þ nal).