Cap 3 Maquina de Induccion

8/20/2019 Cap 3 Maquina de Induccion

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRICA Y

ELECTRÓNICA

Máquinas Eléctricas III

Modelo Matemático del Motor deInducción

Ing. Tomas Modesto Palma

García


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1. Modelo Matemático del

Motor de Inducción


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• Consideraciones del Arranque: Condiciones de la red de alimentación

Consideraciones del Proceso

Consideraciones del propio motor


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• Tipos de Arranque del Motor de Inducción: Arranque a plena tensión (J. A y R. D.)

Arranque a tensión reducida

Arranque con resistencias en el circuito rotórico (R. D.)


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• Arranque a Plena Tensión: Corriente de Arranque ≈ 5-7 In

Torque de Arranque ≈ 1.5 – 3 Tn


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• Arranque a Tensión Reducida: Arranque con Resistencias

Arranque con Reactancias

Arranque con Auto transformadores

Arranque Estrella – Triangulo

Arrancador Suave

•

Arranque


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• Arranque a Tensión Reducida: Disminuye la corriente

Disminuye el Torque

T∝ V2


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Arrancador Suave


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2. Arranque con Resistencias en elCircuito Rotórico


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3. Arrancador Suave


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• Arrancador Suave: Funciones

Control de Corriente

Rampa de Tensión Aplicada

Control del Tiempo de Arranque Optimización del f.d.p

Optimización del rendimiento a bajas potencias

Monitoreamiento

Auto diagnóstico


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• Ventajas del arrancador Suave: Control de Corriente

Control de Sobretensión

Ahorro de Energía

Protección térmica del motor

Protección mecánica de la máquina

Control en la fase de frenado


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4. Arranque Suave con AceleraciónConstante


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5. Arranque Suave con Rampa deTensión


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6. Control de la velocidad del Motor deInducción

• Definiciones:

Regulación de Velocidad: Es la capacidad que tiene el control demantener la velocidad constante cuando suceden variaciones del

torque.

Control de Velocidad: Es la variación de velocidad de un motormanteniendo siempre el torque constante.


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Velocidad del Motor

d sr nnn

p f 120

p f 120n d er ..

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.

nr : Velocidad del rotor

p: Numero de polos

s: Deslizamiento

f e: Frecuencia de la red de alimentación

Ecuación Básica de la velocidad


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7. Variación de la Tensión deAlimentación

• Control relativamente continuo de velocidad

• T ∝ V2

• Motores con resistencia rotórica baja (normalmente),

provocan variaciones grandes de velocidad• Corrientes elevadas

• No es un método muy utilizado


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Para diferentes valores de tensiones a aplicar


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9. Variación de la ResistenciaRotórica

• Aplicable a motores de Rotor Devanado

• Control relativamente continuo de la velocidad

• Las resistencias de Arranque pueden servir para el control develocidad

• Teóricamente 50% de velocidad

• Genera pérdidas


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Actualmente


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10. Variación de la Frecuencia de laRed de Alimentación

• Mudar la frecuencia implica mudar el campo magnético giratorio

• Redes de Alimentación de corriente alterna con frecuencias normalizadas a50 y 60 Hz .

• Inicialmente un sistema de control muy costoso (máquinas adicionales)

• Poco utilizado hasta la década del ochenta


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Variación de la Frecuencia de laRed de Alimentación

• Aparecimiento de la Electrónica de Potencia

• Posibilidad de producir Fuentes trifásicas de Tensión y de FrecuenciaVariable.

• Comienza el desarrollo del motor de Inducción en el área de variación de lavelocidad

• Comienza el control de lazo Cerrado ( no aplicable al motor de Inducción de jaula de Ardilla).


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• Variación de la Frecuencia de la Red de Alimentación

• Como variar entonces la frecuencia de la red de alimentación?

• Condiciones para variar la frecuencia?

• Que sucede con el torque electromagnético?

• El control es confiable?

• CONVERTIDORES


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Control de velocidad

s

rad s1er )(

s

rad s1

p

f 4r )(


26/56

Partes de un inversor

• Etapa rectificadora


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Partes de un inversor• Etapa de filtraje


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Partes de un inversor• Etapa Inversora


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PWM

• Vc= señal de control

• Vt = señal de disparo


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Tipos de Inversores

• Inversor de fuente de tensión con modulación de amplitud de pulsocon rectificador de diodo (PWM - VSI).

• Inversor de fuente de tensión de onda cuadrada con rectificador detiristor (Square - wave VSI).

• Inversor fuente de corriente con rectificador de tiristores (CSI).


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PWM (Modulación con ancho de pulsos)

• Amplitud de modulación:

• Frecuencia de modulación:

t

C a

V

V m

e

s f

f f m


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Inversor Trifásico PWM-VSI


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Inversor Trifásico PWM-VSI


34/56

Variación de la Velocidad

2

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X X r r sr V 3T

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35/56

11. Control Vectorial

• ¿Qué hacer para mejorar el desempeño del control?

Control Vectorial


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Características

• Existen básicamente dos técnicas de control: El directo y el indirecto.

• El control vectorial directo se implementa a partir de la medición directa del

módulo y la posición del vector espacial de flujo que se seleccione como

referencia.

• El método indirecto hace uso de un modelo de la máquina que depende de

sus parámetros, los que a su vez dependen de parámetros tales como la

temperatura, la frecuencia y la saturación.


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• Ha sido ampliamente estudiado en los últimos años.• También llamado Control de Orientación del Campo (FOC).

• El eje de referencia se sitúa a un vector de flujo.

• El vector más utilizado, es el vector de flujo del rotor.

• Controla el torque, la velocidad y la posición del eje del rotor.

• Pretende simular el motor de inducción como un motor de corrientecontinua, donde la corriente del campo y la corriente de torque estén

ortogonales.

I k T


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qr dr j )( 'dr dsds s1ds ii M i L

)( 'qr qsqs s1qs ii M i L

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)( '''' qr qsqr r 1qr ii M i L


39/56

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I K T e


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• Todo el método esta basado en la posición correcta de los ejes con el flujo.

M M i

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qsrr qr

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M i

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qsr rr

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M

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2

nT

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42/56

• ωr = Velocidad del rotor

• ω s1= Velocidad del rotor

• ¿Cómo determinar ω s1 ?

sl r c .


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L

M L L L


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• ¿Como determinar la posición exacta del flujo?

• Métodos Directos: Blaschke propuso un método, pero implicaba modificar

la máquina con colocación de sensores de flujo de efecto Hall en el

entrehierro de la máquina.

• Observadores de flujo: Control Indirecto de Flujo.


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12. Control Indirecto del flujo

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p2

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13. Control de Torque Directo

• El control de Torque Directo no reproduce el comportamiento

electromagnético del motor DC.

• Procura explorar las capacidades del torque y del flujo del motor.

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14. Enlaces de flujo

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ii M i L

ii M i L

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53/56

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i M i L

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ii M i L jii M i L j

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ii M i L

15 E ió d l t j d


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15. Ecuación del motor para ejes dereferencia en el Estator (ω=0 )

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16. Expresión del Torque

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