El modelo implementado para la co-simulación entre Maxwell 2D-Simplorer-Simulink es el mostrado en la figura 3.20. Matlab/Simulink Ansys Simplorer Ansys Maxwell 2D Modelo PMSM + - Control Escalar (V/F)+PI Circuito de Potencia Visualización de resultados Mediciones ωref(rpm) ωr(rpm)
Figura 3.20 Diagrama de bloques de co-simulación Ansys Maxwell 2D-Simplorer-Matlab El modelo de la figura 3.20 enlaza la PMSM creada en Ansys Maxwell 2D con el circuito de potencia creado en Simplorer. Para llevar a cabo el enlace se establece el vínculo de co- simulación entre Maxwell 2D y Simplorer. Las señales de realimentación y de control serán gestionadas por medio del vínculo de co-simulación generado entre Simplorer y Simulink.
3.4.1 Modelo con variación de velocidad a 450 RPMs, TL=4N*m a t=0
segundos, TL=5N*m a t=0.35 segundos.
Los resultados de la simulación del modelo de la PMSM con el controlador proporcional- integral diseñado en Matlab-Simulink se muestran en la sección 3.4.1.1. Las condiciones de velocidad bajo las cuales se realizó la simulación están dadas por el vector de velocidad V= [450] rpm y vector de torque de carga TL= [4 5] N*m.
3.4.1.1 Respuesta de velocidad y torque electromagnético
En la figura 3.21 se visualiza la respuesta de la velocidad del rotor y torque electromagnético ante el perfil de velocidad dado por el vector V= [450] rpm y TL= [4 5]
N*m. Los puntos de interés: Punto 1 Y Punto 2 marcados muestran el comportamiento del controlador PI al alcanzar la referencia de velocidad de 450 [rpm].
Figura 3.21 Respuesta de velocidad y torque, Vref= 450 RPMs, TL=[4 5] N*m
La figura 3.22 y 3.23 amplifica la figura 3.21 para el análisis detallado del punto 1 y punto 2 con el objetivo de determinar el valor del error en estado transitorio y estado estable de la velocidad medida respecto a la velocidad de referencia.
Figura 3.23 Respuesta de velocidad y torque en el punto de interés N° 2
El cálculo del error en estado transitorio generado en el punto de interés 1 y 2 se realiza mediante la ecuación 3.1. La tabla 3.9 muestra el porcentaje de error generado en estado transitorio de la velocidad medida respecto a la velocidad de referencia en el momento de arranque con TL=4N*m y al aplicar una sobrecarga TL=5N*m. Los errores calculados
corresponden a la mejor respuesta obtenida después de realizar la sintonización del controlador PI. El torque electromagnético pico obtenido en el momento del arranque es 8.906 N*m.
Tabla 3.9 Cálculo del error en estado transitorio de la velocidad del rotor Velocidad de referencia (rpm) TL (N*m) Instante t(s) Velocidad medida (rpm) Error máximo (%) 450 4 0 467.7 3.93% 450 5 0.35 424.1 5.75%
El tiempo de estabilización de la velocidad luego de aplicar el torque de sobrecarga es de 0.1 segundos.
La figura 3.24 permite visualizar la respuesta del controlador al alcanzar el estado estable a la velocidad de referencia de 450 RPMs con un torque de sobrecarga aplicado TL=5N*m.
Figura 3.24 Respuesta de velocidad y torque en estado estable
El cálculo del error en estado estable una vez transcurrido el tiempo de estabilización se realiza mediante la ecuación 3.1. La tabla 3.10 muestra el porcentaje de error generado en estado estable de la velocidad medida respecto a la velocidad de referencia. El error obtenido es 1.71% y corresponde a la mejor respuesta obtenida después de realizar la sintonización del controlador PI. El tiempo de estabilización determinado en la figura 3.24 es de 0.45 segundos.
Tabla 3.10 Cálculo del error en estado estable de la velocidad del rotor
Velocidad de referencia (rpm) Velocidad medida (rpm) Error máximo (%)
450 442.3 1.71%
La figura 3.24 permite también visualizar el torque electromagnético generado en estado estable el cual oscila entre 5.448 N*m y 4.559 N*mque equivale a un rizado de 0.889 N*m.
3.4.2 Modelo con variación de velocidad a 900 RPMs, TL=4N*m a t=0
segundos, TL=5N*m a t=0.35 segundos.
Los resultados de la simulación del modelo de la PMSM con el controlador proporcional- integral diseñado en Matlab-Simulink se muestran en la sección 3.4.2.1. Las condiciones de velocidad bajo las cuales se realizó la simulación están dadas por el vector de velocidad V= [900] rpm y vector de torque de carga TL= [4 5] N*m.
3.4.2.1 Respuesta de velocidad y torque electromagnético
En la figura 3.25 se visualiza la respuesta de la velocidad del rotor y torque electromagnético ante el perfil de velocidad dado por el vector V= [900] rpm y TL= [4 5]
Los puntos de interés: Punto 1 Y Punto 2 marcados muestran el comportamiento del controlador PI al alcanzar la referencia de velocidad de 900 [rpm].
Figura 3.25 Respuesta de velocidad y torque, Vref= 900 RPMs, TL=[4 5] N*m
La figura 3.26 y 3.27 amplifica la figura 3.25 para el análisis detallado del punto 1 y punto 2 con el objetivo de determinar el valor del error en estado transitorio y estado estable de la velocidad medida respecto a la velocidad de referencia.
Figura 3.27 Respuesta de velocidad y torque en el punto de interés N° 2
El cálculo del error en estado transitorio generado en el punto de interés 1 y 2 se realiza mediante la ecuación 3.1. La tabla 3.11 muestra el porcentaje de error generado en estado transitorio de la velocidad medida respecto a la velocidad de referencia en el momento de arranque con TL=4N*m y al aplicar una sobrecarga TL=5N*m. Los errores calculados
corresponden a la mejor respuesta obtenida después de realizar la sintonización del controlador PI. El torque electromagnético pico obtenido en el momento del arranque es 8.906 N*m.
Tabla 3.11 Cálculo del error en estado transitorio de la velocidad del rotor Velocidad de referencia (rpm) TL (N*m) Instante t(s) Velocidad medida (rpm) Error máximo (%) 900 4 0 786.2 12.64% 900 5 0.35 871.6 3.15%
El tiempo de estabilización de la velocidad luego de aplicar el torque de sobrecarga es de 0.1 segundos.
La figura 3.28 permite visualizar la respuesta del controlador al alcanzar el estado estable a la velocidad de referencia de 900 RPMs con un torque de sobrecarga aplicado TL=5N*m.
El cálculo del error en estado estable una vez transcurrido el tiempo de estabilización se realiza mediante la ecuación 3.1
Figura 3.28 Respuesta de velocidad y torque en estado estable
La tabla 3.12 muestra el porcentaje de error generado en estado estable de la velocidad medida respecto a la velocidad de referencia. El error obtenido es 1.94% y corresponde a la mejor respuesta obtenida después de realizar la sintonización del controlador PI. El tiempo de estabilización determinado en la figura 3.28 es de 0.45 segundos.
Tabla 3.12 Cálculo del error en estado estable de la velocidad del rotor
Velocidad de referencia (rpm) Velocidad medida (rpm) Error máximo (%)
900 882.5 1.94%
La figura 3.28 permite también visualizar el torque electromagnético generado en estado estable el cual oscila entre 5.471 N*m y 4.529 N*mque equivale a un rizado de 0.942N*m.