2015-01-26

Estudio del efecto de la distorsión armónica de tensión sobre la eficiencia y la potencia del motor trifásico de inducción mediante modelos eléctricos y térmicos

Valencia García, Diego Fernando

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http://hdl.handle.net/10614/7838
Title: Estudio del efecto de la distorsión armónica de tensión sobre la eficiencia y la potencia del motor trifásico de inducción mediante modelos eléctricos y térmicos
Authors: Valencia García, Diego Fernando
metadata.dc.contributor.advisor: Quispe Oqueña, Enrique Ciro
Keywords: Maestría en Energía;Sistemas de energía eléctrica;Armónicos (Hondas eléctricas);Motores eléctricos
Issue Date: 26-Jan-2015
Publisher: Universidad Autónoma de Occidente
Abstract: En este trabajo se presenta un procedimiento para cuantificar la eficiencia y la potencia del motor trifásico de inducción totalmente cerrado refrigerado por ventilador TEFC del orden de 3 HP alimentado por tensiones con componentes armónicas, a partir del análisis de sus pérdidas eléctricas y temperatura de operación. La distorsión armónica de tensión abunda en los sistemas de eléctricos y en la literatura consultada se reportan pocos métodos para determinar la eficiencia en esas condiciones y que involucren también el estudio de las variaciones eléctricas y térmicas en la máquina. El procedimiento se fundamenta en modelos eléctricos y térmicos de parámetros concentrados en estado estacionario, independientes entre sí pero relacionados a través de las pérdidas del motor. Este método permite estimar la eficiencia del motor en cualquier punto de operación. Los parámetros de los circuitos equivalentes eléctrico y térmico se determinan a partir de pruebas experimentales estándar y aplicando un algoritmo de forraje bacterial (AFB) respectivamente. Las ecuaciones de operación del circuito eléctrico se resuelven aplicando el principio de superposición y los resultados del mismo son utilizados como variables de entrada para la solución del circuito térmico. Se aplicó este procedimiento a un motor de inducción de 3 HP estimando, mediante simulaciones de los circuitos equivalentes propuestos, sus curvas de eficiencia para cuatro estados de carga, igual que su variación de temperatura de operación en estado estacionario en condiciones de alimentación no sinusoidales. Con base en las variaciones térmicas de la máquina respecto a su operación nominal se propuso un factor de desclasificación de la potencia que garantice su vida útil para operaciones bajo las condiciones de alimentación simuladas. El método se validó satisfactoriamente en condiciones de laboratorio, para una alimentación que incluye armónicos de tensión. El error obtenido durante la evaluación fue inferior al 2 % excepto, tal como sucede en otros métodos reportados en la literatura, para baja carga. El proyecto se presenta entonces en diez capítulos ordenados así: En el capítulo uno se presenta el estado del arte del tema de la investigación, los métodos utilizados en la literatura para abordar la problemática y los resultados obtenidos. Se analizan los aspectos a mejorar de estos antecedentes. El capítulo dos presenta el problema de investigación; a partir de un planteamiento fundamentado en los antecedentes y una revisión bibliográfica, se formula la pregunta de investigación que guía este proyecto. En el capítulo tres se presenta la justificación del proyecto y del proceso de resolver el problema planteado. El capítulo cuatro plantea los objetivos a alcanzar en este proyecto: el objetivo general y los cinco objetivos específicos que se cumplen para conseguirlo. En el quinto capítulo se describe el modelo eléctrico de parámetros concentrados a utilizar para la estimación de la eficiencia del motor en condiciones no sinusoidales. Se parte del uso del circuito eléctrico equivalente convencional de la máquina y se propone una modificación del mismo para su operación ante formas de onda no sinusoidales. Son entonces determinados los parámetros del circuito equivalente con armónicos a partir de pruebas recomendadas por la norma IEEE 112-2004 y de un conjunto de expresiones teóricas. El sexto capítulo presenta una deducción del circuito térmico equivalente como modelo de parámetros concentrados a utilizar para la estimación de la temperatura de operación del motor de inducción en condiciones no sinusoidales. Para ello se presentan los conceptos básicos de transferencia de calor y de circuitos térmicos y se plantea el circuito a utilizar. Para determinar los parámetros del circuito térmico se utiliza un algoritmo de forraje bacterial AFB cuyos principios de operación y algoritmia general son explicados. Con base en las pérdidas nominales del motor de inducción calculadas a partir del circuito eléctrico equivalente y el AFB son obtenidos los parámetros del circuito térmico. En el capítulo siete son simulados los circuitos equivalentes eléctrico y térmico para estimar las curvas de eficiencia y el incremento de temperatura del motor de inducción alimentado por tensiones con componentes armónicas. Los resultados permiten proponer la potencia de salida en condiciones de armónicos así como un factor de desclasificación de la potencia de la máquina en estas condiciones. El capítulo ocho presenta el procedimiento de laboratorio para la validación experimental de los modelos simulados. Se utiliza para ellos un freno de histéresis que simula una carga variables y se alimenta el motor con un sistema de tensiones con componentes armónicas. Se mide la potencia de entrada, de salida y la temperatura de operación. Con ello se encuentran niveles de error satisfactorios entre las estimaciones y las mediciones. Finalmente en el capítulo nueve se presentan las conclusiones y en el diez las recomendaciones para trabajos futuros
URI: http://hdl.handle.net/10614/7838
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