4 diferencias clave entre control vectorial y control de par

Hola a todos, hoy hablaremos de dos estrategias de control clave para los variadores de frecuencia (VFD): el control vectorial y el control de par. Se trata de los métodos de control más Accionamientos VFD y suelen denominarse métodos de control VFD de alto rendimiento.

Mucha gente confunde su relación: una es una técnica de control, mientras que la otra es un modo de control. En pocas palabras, el control vectorial es un método de control, mientras que el control del par es un objetivo de control o un modo de funcionamiento. A continuación, profundizaremos en las distinciones y conexiones entre ambos.

Diferencias conceptuales

Dentro de los métodos de control de los VFD, el control vectorial se utiliza principalmente para el control de velocidad en bucle cerrado, mientras que el control de par se emplea para el control de salida de par constante.

Suponiendo que el variador de frecuencia esté funcionando en modo de control vectorial, su entrada es una referencia de velocidad. El objetivo del sistema es mantener una alineación de alta precisión entre la velocidad de salida y la frecuencia establecida, es decir, un control de velocidad constante.

Cuando el variador de frecuencia funciona en modo de control de par, su señal de entrada es la referencia de par.

Por ejemplo: 0V corresponde a 0N-m, 10V corresponde a 200N-m, y cuando la referencia es 5V, la salida es 100N-m. En este caso, el objetivo del sistema es proporcionar una salida de par estable.

En resumen:

• El objetivo del control vectorial es la estabilidad de la velocidad
• El objetivo de control del par es un par constante

Sus lógicas de control difieren, pero sus algoritmos subyacentes están estrechamente relacionados.

Principio de funcionamiento del control vectorial

El concepto central del control vectorial (también conocido como control vectorial de flujo o control de orientación de campo, FOC) es emular el principio de control de un motor de corriente continua (analogía del motor de corriente continua).

En los motores de corriente continua existen dos campos magnéticos fundamentales:

• El flujo magnetizante del campo (proporciona flujo magnético)
• El campo inducido (genera par)

En el control vectorial para variadores VFD, el sistema de control descompone la corriente del motor asíncrono en dos componentes:

• Componente de corriente magnetizante: Responsable de establecer el flujo magnético
• Componente de corriente generadora de par: responsable de generar el par

Este control orientado al campo permite que el motor asíncrono se comporte como un motor de corriente continua, logrando una regulación de la velocidad y una respuesta dinámica de alta precisión.

Aplicaciones comunes incluyen: grúas, ascensores, máquinas CNC y escenarios que exigen una regulación de velocidad extremadamente alta.

En estas aplicaciones, el control vectorial consigue una regulación rápida y estable de la velocidad mediante controladores PID, al tiempo que minimiza eficazmente los errores causados por el control del deslizamiento.

Lógica de control del par

El control de par es un modo basado en la salida de par, comúnmente utilizado en escenarios de tensión constante como el control de rebobinado/desbobinado, control de tensión de bandas metálicas, maquinaria textil y máquinas de papel.

Su principal objetivo es mantener estable el par de salida independientemente de las variaciones de velocidad.

Dentro del control vectorial, el control del par está inherentemente integrado.

Por ejemplo: Cuando un variador de frecuencia se ajusta a 25 Hz pero la velocidad de realimentación es sólo de 24,9 Hz, el sistema detecta el error de velocidad y ajusta automáticamente el componente de par. Al activar el modo de par del VFD, aumenta el par de salida para restablecer la velocidad estable.

En esencia, el control de la velocidad se consigue en última instancia mediante el control del par.

Por lo tanto, se puede entender que:

• El control del par es uno de los medios para lograr el control vectorial.

Analogía visual: Control de crucero frente a acelerador fijo

Para comprender intuitivamente su relación, considere esta analogía:

• Control vectorial: Como el control de crucero de un coche. El sistema ajusta automáticamente el acelerador (par) para mantener una velocidad constante independientemente del terreno.
• Control del par: Es como mantener pisado el pedal del acelerador. El par se mantiene constante, lo que hace que la velocidad disminuya cuesta arriba y aumente cuesta abajo.

Esta es precisamente la esencia de la diferencia entre los dos modos de control:

• El control vectorial mantiene la velocidad constante (regulación de velocidad)
• El control del par mantiene el par constante (regulación del par)

Conclusión: Selección del modo de control adecuado

Desde la perspectiva de la práctica de la ingeniería:

• Cuando el sistema requiera un control de velocidad de alta precisión (por ejemplo, ascensores, CNC, grúas), elija el control vectorial.
• Para sistemas que requieren una salida de par constante (por ejemplo, bobinado, control de tensión, extrusoras), seleccione control de par.
• En los VFD de alto rendimiento, también se implementan algoritmos avanzados como DTC frente a FOC VFD para lograr una respuesta más rápida y reducir los errores.

Independientemente del método de control elegido, comprender sus objetivos y principios es crucial para dominar los modos de control de los variadores de frecuencia explicados y mejorar la eficiencia y estabilidad generales del sistema.