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Sistema de Información Científica
Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
energética
Vol. XXVI, No. 1/2005
Software para la determinación
del comportamiento de un motor
asincrónico trifásico
Héctor Brito
Rolando Madiedo
Esther Bermello
Pedro Arafet
Recibido: Enero del 2005
Aprobado: Marzo del 2005
INTRODUCCIÓN
Resumen /
Abstract
El motor asincrónico trifásico es uno de los convertidores más empleados en la industria, por lo cual es de una
gran necesidad conocer el comportamiento de estas máquinas. Esto se puede valorar a través de las características
de operación. Este tipo de máquina en ocasiones sufre averías, por lo cual tienen que ser reparadas y en
muchas situaciones posteriormente determinar nuevamente sus características de operación. En el presente
trabajo se elabora un paquete de programas de computación que permite obtener las características de:
comportamiento contra potencia de salida y comportamiento en un punto de trabajo.
Palabras clave: máquinas de inducción, curvas características
The asynchronous tree-phases motor is one of the converters more employee in the industry, reason why is of a
great necessity to know the behavior of these machines. This you can value through the operation characteris-
tics. This machine type in occasions suffers mishaps, reason why they have to be repaired and in many situa-
tions after the same ones is necessary to determine its operation characteristics again.
Presently work is
elaborated a package of calculation programs that allows to obtain the characteristics of: of behavior against exit
power and their behavior in a work point.
Key words: induction machines, characteristic curves
APLICACIÓN DE LA COMPUTACIÓN
Una de las formas de obtener las características de
comportamiento de una máquina de inducción es
mediante el empleo del diagrama circular,
1, 2
método
gráfico que fue muy empleado cuando no existía un
desarrollo tan impetuoso de las computadoras como
el que existe hoy en día. Como es conocido, el
diagrama circular permite, por medio de un método
gráfico, obtener las características de comportamiento
de la máquina de inducción, sin la necesitad de tener
que evaluar las expresiones analíticas punto a punto,
cosa que no era posible sin la ayuda de una herramienta
potente de cálculo como con las actuales. Hoy en
día, prácticamente no es necesario tener que utilizar
el método del diagrama circular, ya que las
computadoras modernas permiten evaluar miles de
veces en pocos segundos las expresiones analíticas
pudiendo obtener resultados muy precisos en un
intervalo de tiempo muy corto.
DESARROLLO
En el presente trabajo se elaboró un programa en
Matlab
3
denominado COMASIN, el cual permite obtener
algunas de las características de comportamiento del
motor de inducción trifásico en unidades relativas,
siendo las mismas las siguientes:
±
Corriente.
±
Factor de potencia.
±
Momento.
±
Eficiencia.
±
Velocidad.
Todas como una función de la potencia entregada por
la máquina.
También el programa permite obtener una
característica de gran valor a la hora de analizar el
comportamiento de un motor de inducción, que es la
característica de momento contra deslizamiento
expresada en valores por unidad. En esta se puede
evaluar el comportamiento del momento de arranque
del motor, así como su capacidad de sobrecarga.
El programa COMASIN permite determinar
puntualmente el comportamiento del motor en el
instante del arranque, así como el punto del momento
máximo. Además da la
posibilidad de evaluar el
comportamiento del motor en un punto cualquiera de
operación que se desee, pudiéndose tomar para ello
como variable de control, bien la corriente, la velocidad
o la potencia entregada.
Para operar el programa es necesario tener una de
las siguientes vías de información:
±
Los datos de chapa, así como
los parámetros de la
máquina.
±
Los datos de chapa, así como los resultados de las
pruebas de vacío, rotor trancado y la resistencia de
los devanados del estator a corriente directa.
El programa COMASIN
necesita para su ejecución,
tener instalado en la computadora el Mallab 5.3 o una
versión superior. El mismo está basado en el empleo
del circuito equivalente T del motor asincrónico,
1,2
que
se muestra en la figura 1. Es de notar que en este
esquema los parámetros de la rama de magnetización
aparecen conectados en paralelo, lo que hay que tener
en cuenta pues las magnitudes de dicha rama tienen
valores diferentes que en el caso en que se consideran
estos parámetros conectados en serie.
Al comenzar a correr el programa aparece la
pantalla
de presentación que se muestra en la figura 2, la cual
después de algunos segundos le da paso a la segunda
pantalla.
La segunda pantalla le permitirá seleccionar la vía para
la introducción de los datos iniciales, en dependencia
de los datos que se posean (figura 3).
De inmediato aparecerá la pantalla que se muestra en
la figura 4,
en la cual se deben introducir los datos
necesarios para la corrida del programa
Circuito equivalente T del motor asincrónico.
1
Presentación del programa.
Selección de los datos a introducir.
3
2
50
Se debe aclarar que tanto el voltaje como la frecuencia
permiten solo la introducción de los valores normados
que se deben escoger. Después de aceptados los datos
aparecerá la pantalla que se muestra en la figura 5.
La misma permite seleccionar una de las opciones
que brinda el programa COMASIN
y que fueron
relacionadas anteriormente, es decir:
a) Características de comportamiento.
b) El punto de arranque.
c) El punto de momento máximo.
d) Un punto de operación dado.
e) La característica de momento contra deslizamiento.
De seleccionar la opción a), aparecerán en una pantalla
en orden consecutivo las características mencionadas
anteriormente, lo cual se muestra en la figura 6,
apareciendo una después de la otra, mediante la
opresión de la tecla
Enter
, hasta que se obtengan todas
las características (figura 6).
Cuando se selecciona la opción b) aparecerá en una
pantalla los resultados de los indicadores principales
del punto de arranque, lo que se muestra en la figura 7.
En caso de seleccionar la opción c) aparecerá una
pantalla idéntica a la mostrada en la fig. 7, pero
correspondiente a los indicadores del punto de
momento máximo.
Introducción de los parámetros del motor.
Selección de resultados.
5
4
Comportamiento en el arranque.
Características del motor asincrónico.
7
6
51
La cuarta posibilidad que ofrece el programa
COMASIN, es obtener el comportamiento para un
punto dado. Al pulsar el botón correspondiente a la
opción
Comportamiento para un punto dado
,
parecerá una pantalla como la mostrada en la figura 8.
El programa, como se puede apreciar permite
seleccionar, si el resultado que se desea es mediante
el control de los valores de: corriente, potencia
entregada o velocidad desarrollada por el motor. Al
seleccionar una de las opciones posibles, aparecerá
una pantalla como la que se muestra en la figura 9.
Al pulsar el botón para que continúe la corrida del
programa, puede ser que el valor introducido de la
corriente, sea menor, incluso que el valor demandado
por el motor en las condiciones de marcha en vacío,
en ese caso aparecerá la advertencia que se muestra
en la figura 10, el que alerta de dicha situación.
Puede ocurrir que el valor de la corriente sea mayor
que el valor de la corriente de cortocircuito del motor,
en ese caso se mostrará otra advertencia como se
muestra en la figura 11.
En el caso de que el valor esté entre los
correspondiente al rango de operación del motor,
aparecerán los resultados fundamentales como lo que
se muestran en la figura 12.
Cuando
el valor de la corriente introducido sea mayor
que la corriente correspondiente al valor que toma
cuando el motor desarrolla momento máximo y menor
que la corriente de cortocircuito, aparecerá una pantalla
de advertencia que permitirá obtener los resultados
para el punto correspondiente al par máximo, o la
opción de regresar para introducir un nuevo valor de
corriente.
Comportamiento para un punto.
Introducción del valor de la corriente.
9
8
Advertencia por baja corriente.
Cartel de advertencia cuando el valor de la corriente
introducida es mayor que la corriente de cortocircuito.
demandada por el motor.
10
11
52
En este caso, así como para otro valor de corriente
aceptado por el programa, aparecerán los resultados
en una pantalla idéntica a la que se muestra en
la
figura 12.
Resultados similares se obtienen cuando se introducen
valores de potencia entregada o velocidad, también
con sus controles respectivos (figura 13).
En caso de seleccionar la quinta opción, es decir, si se
desea obtener la característica de par-deslizamiento,
aparecerá la pantalla que se muestra en el figura 14.
Si al inicio del programa, al introducir los datos,
como se muestra en la figura 3, se selecciona la segunda
opción
Resultados de las pruebas de vacío y
cortocircuito
, aparecerá la pantalla que se muestra en
la figura 15. Y a partir de ahí se sigue con el mismo
procedimiento anteriormente descrito.
Asímismo, en la figura 16 se muestra un esquema
de bloque de la operación del programa, en este se
puede apreciar la complejidad y las consideraciones
que el mismo permite realizar.
El programa está realizado en Visual de Matlab,
3,4
el
cual corre sobre Windows, lo que le da un ambiente
agradable en su ejecución al usuario.
Resultados para un punto en dependencia del valor
de la corriente.
Resultados del comportamiento del motor para un valor dado
de potencia.
12
13
Característica par-velocidad.
14
15
Introducción de los datos en el caso de que sean conocidas las
pruebas.
53
CONCLUSIONES
±
Se obtuvo un paquete de programas aplicables tanto
a la docencia como a la producción y talleres de
reparación de motores eléctricos.
±
Se eliminan, con la computadora, los errores
humanos en los cálculos
y se gana en precisión.
±
Se disminuye sensiblemente el tiempo de obtención
de los resultados que se necesitan.
±
Se pueden obtener corridas para diferentes puntos
de operación del motor, en la cantidad que se desee,
lo cual sin el auxilio de la computación sería
extremadamente difícil.
REFERENCIAS
1. McPherson, George:
An Introduction to Electrical
Machines and Transformers
, second edition. 1997.
2. Puchstein, A. F.; T. C. Lloyd and A. G. Conrad:
Alternating Current Machines
, third edition, EE.UU.
3. García de Jalón, Javier; José Ignacio Rodríguez
y Alfonso Brazales:
Aprenda Matlab 5.3,
Escuela
Superior de Ingenieros Industriales, Universidad de
Navarra, agosto, 1999.
4. Arafet Padilla, Pedro y otros:
Una Introducción
al Matlab
, Cuba. s/f.
AUTORES
Héctor Brito Socarrás
Ingeniero Electricista, Profesor Titular, Universidad de
Oriente, Santiago de Cuba, Cuba.
e-mail: brito@ee.fie.uo.edu.cu
Rolando Madiedo Comendador
Ingeniero Electricista, Profesor Auxiliar, Universidad
de Oriente, Santiago de Cuba, Cuba
e-mail: rmadiedo@ee.fie.uo.edu.cu
Esther
Bermello Crespo
Ingeniera Electricista, Asistente, Universidad de
Oriente, Santiago de Cuba, Cuba.
e-mail: estherb@ee.fie.uo.edu.cu
Pedro Arafet Padilla
Ingeniero Electricista, Profesor Titular, Universidad de
Oriente, Santiago de Cuba, Cuba
e-mail: parafet@ee.fie.uo.edu.cu
16
Diagrama de bloque de operación del paquete de programas.
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