Análisis de los efectos de la forma del desbalance de voltaje de motores de inducción trifásicos

Abstract

El presente proyecto, es un estudio netamente teórico que tiene como fin desarrollar un método para analizar los efectos que producen la forma de los voltajes de línea desbalanceados, de los terminales del motor de inducción trifásico, sobre sus pérdidas por efecto Joule y su factor de reducción de la capacidad normal. Para ello, se ha utilizado la teoría de componentes simétricas, que sirve como herramienta para analizar al motor en sus redes de secuencia positiva y negativa La red de secuencia cero no es requerida ya que los motores son usualmente conectados en delta o en estrella con neutro aislado de tierra Aunque se ha utilizado las redes de secuencia, el método desarrollado en este proyecto muestra sus resultados para las tres fases, lo que será muy útil para una mejor comprensión y análisis de lo que ocurre en cada fase del motor frente a los voltajes de línea desbalanceados.

Es conocido que los voltajes de línea desbalanceados producen un incremento en las pérdidas por efecto Joule, lo que produce un sobrecalentamiento del motor, y para ello se usa. la curva del factor de reducción de la capacidad normal que propone NEMA cómo método de protección del motor según sea el grado de desbalance de voltaje aplicado. Sin embargo, lo que se va a demostrar en este proyecto es que las pérdidas por efecto Joule, y también, el factor de reducción de la capacidad normal del motor de inducción varía con la forma en la cual los voltajes de línea están desbalanceados. Por lo tanto, quedará demostrado que no sólo es importante conocer el grado de desbalance de voltaje, sino que es igualmente importante conocer la forma del desbalance de voltaje. El método de trabajo del presente proyecto consiste en obtener las pérdidas por efecto Joule y el factor de reducción de la capacidad normal a partir de los tres voltajes de línea en los terminales del motor. Se han utilizado dos formas de desbalance de voltaje para hacer la comparación entre sus resultados. Para llevar a cabo el estudio teórico se ha utilizado un lenguaje de programación que ha permitido simular los voltajes desbalanceados para diferentes grados de desbalance de voltaje. Este lenguaje de programación también ha sido muy útil para representar al motor de inducción con todas sus ecuaciones concernientes a su operación, y obtener los resultados de su comportamiento en el dominio de fases frente a las dos formas de desbalance de voltaje aplicados. El método de análisis de los efectos de las dos formas de desbalance de voltaje sobre las pérdidas por efecto Joule, realizado en este proyecto, es aplicable a cualquier motor de inducción trifásico. Sin embargo, el método recomendado para obtener el factor de reducción de la capacidad normal es aplicable, según NEMA, solo a motores de inducción trifásicos de jaula de ardilla de pequeña y mediana capacidad, es decir, menores a 500 HP. El estudio teórico realizado, no torna en cuenta otros tipos de pérdidas que se pudieran presentar en el motor aparte de las pérdidas por efecto Joule, ya que estas otras pérdidas son generalmente obtenidas en forma experimental, y no provienen directamente del análisis eléctrico del motor. Sin embargo, el hecho de no incluirlos no influirá en lo que se demostrará. El programa desarrollado, para simular el comportamiento del motor de inducción, requiere como datos los parámetros propios del motor, que sirven para representarlo en su circuito monofásico equivalente. Este programa también es capaz de obtener otros resultados como variación de eficiencias, de factor de potencia, etc. que no han sido llevados a cabo porque no son parte del presente trabajo, que es esencialmente ligado a proteger al motor del sobrecalentamiento, pero puede ser utilizado con muchas ventajas en futuros trabajos de investigación. Los otros programas que simulan las dos formas de desbalance de voltaje requieren como dato el voltaje de línea nominal. Con el fin de explicar y analizar con mayor claridad los resultados obtenidos, estos serán graficados, mostrando su variación respecto al grado y la forma del desbalance de voltaje. Los resultados son mostrados en un orden conveniente a fin de ser explicados con mayor facilidad. En general, este estudio teórico entrega un aporte a la solución de la problemática que sufren los motores de inducción de jaula de ardilla, que operan en la mayoría de complejos industriales, debido a los desbalances de voltaje en sus terminales. Utilizando las sugerencias de este estudio, se reducirán las probabilidades de daño del aislamiento del estator y se asegurará el tiempo de vida que garantiza el fabricante del mismo.