Influencia de los transitorios electromagnéticos en el arranque óptimo de motores de inducción minimizando las pérdidas de energía eléctrica

Abstract

Los motores de inducción son ampliamente utilizados en la industria, a tal grado que son considerados una de las principales cargas eléctricas que los sistemas de potencia alimentan. Este hecho hace evidente la necesidad de estudiar la mejor forma de controlar su operación, porque de esta depende el consumo de grandes cantidades de energía. En este trabajo se realizó la investigación de la influencia de los transitorios electromagnéticos en el arranque óptimo que minimiza las pérdidas de energía eléctricas de tres motores de inducción de diferente potencia. Los controles que se diseñaron para la investigación están basados en el modelo del motor de inducción que no considera los transitorios electromagnéticos y en el modelo que si considera dichos transitorios. Los controles se diseñan con el propósito de que minimicen las pérdidas de energía eléctrica, además de que las amplitudes de las corrientes de magnetización y del estator tienen que respetar un límite en el valor de su amplitud. Las curvas del comportamiento de los sistemas de control se obtuvieron a través de la simulación digital. Los programas utilizados fueron escritos en esencia para dar solucionar las ecuaciones que se obtienen en el diseño de los sistemas de control. Se realizó la simulación del periodo de arranque del caso ideal en donde se omiten los transitorios electromagnéticos en el diseño del controlador y se aplica dicho controlador al modelo del motor que no considera los transitorios electromagnéticos, la simulación de factibilidad en donde se aplica el controlador diseñado en base al modelo simple a la maquina con transitorios electromagnéticos y la simulación del control diseñado en base al modelo que considera los transitorios electromagnéticos aplicado al motor que considera dichos transitorios. Las variables del motor de inducción que se tomaron como base para realizar las comparaciones de los diferentes sistemas y determinar la influencia de los transitorios electromagnéticos son las siguientes: velocidad angular del rotor, amplitud del voltaje de fase de alimentación, frecuencia del voltaje de alimentación, amplitud de la corriente del rotor, amplitud de la corriente de magnetización, pérdidas totales de energía eléctrica. La simulación del sistema ideal entrega datos muy favorables puesto que el controlador garantiza que se respeten los límites de las amplitudes de las corrientes marcadas en su diseño además de que se obtienen las pérdidas menores que en los otros dos casos. El sistema del control diseñado en base al modelo que no considera los transitorios electromagnéticos aplicado a la máquina que considera dichos transitorios presenta resultados menos alentadores, con diferentes deficiencias en comparación con el control diseñado en base al modelo del motor que si considera los transitorios electromagnéticos. La consideración de los transitorios electromagnéticos en el diseño del control óptimo de velocidad de motores de inducción provoca que el control se pueda realizar solamente en el sistema abierto garantizando el cumplimiento de las limitaciones de las amplitudes de las corrientes del estator y de magnetización.