Realizzazione digitale di algoritmi di controllo diretto di coppia per motori asincroni

Abstract

Fra le macchine in corrente alternata, il motore asincrono, o più propriamente detto motore ad induzione, è quello che nel passato è stato utilizzato in modo prevalente per moltissime applicazioni industriali che non avevano necessità di controllo di velocità o di coppia. Esso può essere alimentato direttamente dalla corrente alternata di rete monofase o trifase senza alcuna apparecchiatura elettronica di controllo, e nella diffusissima versione con rotore a “gabbia di scoiattolo”, non richiede la minima manutenzione. A partire dagli anni ’90, grazie alla diffusione degli inverter, il motore asincrono si è notevolmente diffuso anche negli azionamenti a velocità variabile, ottenendo elevate prestazioni dinamiche ed affidabilità, tanto da eguagliare i più moderni azionamenti con motori brushless. Tra le tecniche di controllo ad elevate prestazioni, la principale è quella denominata Controllo ad Orientamento di Campo (acronimo inglese FOC, Field Oriented Control) la quale ha lo scopo di regolare il flusso e la coppia della macchina controllandone le correnti. Una valida alternativa, anche se meno diffusa, è il controllo diretto di coppia (acronimo inglese DTC, Direct Torque Control) il quale calcola i vettori di tensione da applicare ai capi del motore direttamente in funzione delle stime di errori di coppia e di flusso. Questo lavoro descrive lo sviluppo di un nuovo algoritmo di controllo per motori asincroni, derivato e basato sul DTC, ed i risultati ottenuti con tale tecnica. L’algoritmo presentato garantisce le elevate prestazioni e il funzionamento silenzioso del FOC, pur mantenendo la semplicità realizzativa del più elementare DTC.

Among the machines in AC, asynchronous motor, or more properly said induction machine, in the past has been so prevalent for many industrial applications that did not need to control speed or torque. It can be powered directly from AC single phase or three-phase without any electronic control device, and widespread version with "squirrel cage" rotor, it requires minimal maintenance. Since the '90s, thanks to the use of the new motor inverters, induction machine has been greatly popular even in variable speed drives, resulting in high dynamic performance and reliability, so as to match the latest brushless motor drives. Among the techniques of high-performance control, the main one is called Field Oriented Control (with the acronym FOC) which aims to regulate the flux and the torque of the machine by controlling the stator currents. An alternative, though less widespread, is the direct torque control (with the acronym DTC) which calculates the voltage vectors to be applied directly to the stator coil of the motor according to the torque and flux errors. This paper describes the development of a new control algorithm for induction machines, based on the DTC, and the results obtained by this technique. The algorithm presented, provides high performance and quiet operation like FOC, while maintaining the simplicity of realization of the most basic DTC.