Diagnóstico de averías en bobinados de estátor de las máquinas eléctricas rotativas

Abstract

En esta Tesis se proponen estrategias para la detección y el diagnóstico de Cortocircuitos Entre Espiras (CCEE) en bobinados de estátor de las Máquinas Síncronas de Imanes Permanentes (MSIP). La detección de un CCEE en su estado incipiente es fundamental con el fin de reducir la probabilidad de ocurrencia de fallas de mayor gravedad, evitar las paradas no programadas, disminuir los daños y perjuicios económicos y minimizar los riesgos de accidentes.Para analizar los efectos que ocasiona un CCEE en la MSIP se desarrollan dos modelos dinámicos que incluyen la avería en cualquiera de los bobinados de fase. Estos modelos son validados mediante simulación y resultados experimentales.Basándose en estos nuevos modelos analíticos, y a partir de la información contenida en las corrientes y/o tensiones medidas sobre los terminales de la MSIP, se proponen dos estrategias de detección y diagnóstico con enfoques diferentes. Una de ellas se implementa usando modelos de procesos y la otra a partir de modelos de señal.La estrategia de diagnóstico basada en modelos de procesos utiliza un observador de estados y las mediciones de las señales de tensión y de corriente. El residuo para la detección de averías se obtiene de la diferencia entre las corrientes medidas y las estimadas. Este residuo se separa luego en componentes de secuencia con el objetivo de hacerlo menos sensible a otras perturbaciones y al error de los parámetros del observador.La estrategia de diagnóstico basada en modelos de señal utiliza las tensiones de fase y la tensión medida sobre el punto medio de una fase. En este caso la diferencia entre las tensiones de cada mitad del bobinado se utiliza como residuo para la detección de averías. A diferencia de las propuestas basadas en las señales de corriente, el procesamiento de la tensión de punto medio permite detectar un CCEE incipiente incluso frente a desequilibrios de la tensión de alimentación, cargas asimétricas u otras perturbaciones.Las propuestas presentadas en esta Tesis permiten detectar los CCEE con la MSIP en línea y en condiciones de funcionamiento tanto estacionarias como transitorias y son poco sensibles a otras perturbaciones reduciendo la posibilidad de falsos diagnósticos. Las mismas son validadas tanto por simulación como de manera experimental mediante prototipos de laboratorio.