análisis motor ie4 msr

7/24/2019 Anlisis Motor IE4 MSR

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Ingeniera EnergticaversinISSN 1815-5901

Energtica vol.36 no.1 La Habana ene.-abr. 2015

APLICACIONES INDUSTRIALES

Motores sincrnicos de reluctancia controlados con variadoresde frecuencia: una alicacin ara a!orrar ener"#a

S$nc!ronous Reluctance Motors Controlled %$ &aria%le 're(uenc$Converters: An Alication to Save Ener"$

Dr)C) Perc$ Rafael &ie"o 'elieI* Dr) C) +ulio Rafael ,-e. Sardu$I* Dr) Enri(ue Ciro/uise O(ue0aII

IUniversidad de Cienfuegos "Carlos afael odrgue!" Cu#a$IIUniversidad %ut&no'a de (ccidente$ Colo'#ia$

RESUMEN

Se )resenta un estudio so#re a)licaciones de los 'otores sincr&nicos de reluctancia *+S,controlados )or acciona'ientos de frecuencia varia#le *%., /ue )osi#ilitan el aorro deenerga$ Se reali!& una co')araci&n entre las caractersticas constructivas de los +S los'otores asincr&nicos de 2aula *+%, evaluando las venta2as li'itaciones /ue a/uellos)resentan$ Una venta2a nota#le del +S es /ue las )rdidas en el rotor se eli'inan)r3ctica'ente$ Una co')araci&n e4)eri'ental evidenci& /ue )ara igual 'o'ento el +S)resenta una 'aor eficiencia /ue )ara igual incre'ento de te')eratura con las 'is'as

di'ensiones IEC se logra '3s )otencia$ 6or co')araciones entre datos de un fa#ricante sede'ostr& las venta2as de utili!ar con el 'is'o %. )ara cargas centrfugas un +S de 'aorclase de eficiencia /ue la de un +%$ Un an3lisis econ&'ico con tcnicas de descuento evidenci&una atractiva recu)eraci&n de la inversi&n cuando se o)era todo el a7o$

Pala%ras clave acciona'ientos de frecuencia varia#le an3lisis econ&'ico con tcnicas dedescuento co')araci&n e4)eri'ental de 'otores elctricos eficiencia energtica 'otorsincr&nico de reluctancia$


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A1STRACT

% stud on a))lications of sncronous reluctance 'otor *Sn+, controlled # varia#lefre/uenc drives *., for energ saving is )resented$ % co')arison #et:een te #asicconstruction ele'ents of te Sn+ and te s/uirrel cage induction 'otor *I+, is carried outevaluating advantages and disadvantages$ % nearl co')lete eli'ination of rotor losses is asignificant asset of te Sn+$ %n e4)eri'ental co')arison so:ed tat at te sa'e tor/uete Sn+ )resents a iger efficienc tan te I+ and tat at te sa'e te')erature rise

'ore )o:er is o#tained :it te sa'e IEC fra'e for #ot 'otor t)es$ Co')aring data fro' a'anufacturer te advantages of using :it te sa'e . and for centrifugal loads a igerefficienc class Sn+ tan tat of a lo:er efficienc I+ :as de'onstrated$ %n econo'icalstud using discount tecni/ues 'ade evident an attractive )a #ac; :en o)erating all eararound$

2e$ 3ords varia#le fre/uenc drives econo'ical analsis using discount tecni/uese4)eri'ental co')arison of electric 'otors energ efficienc sncronous reluctance 'otor$

INTRODUCCI4N

de laelectricidad consu'ida en la industria$ El incre'ento de la eficiencia de los 'otores est3 en elcentro de la #?s/ueda continuada de un uso efectivo de la energa en estas '3/uinas$ @randesaorros de energa son o#tenidos ta'#in )or 'edio del uso de acciona'ientos defrecuencia varia#le *%.,$ Ao en da en los )ases desarrollados asta un B0-0 > de todoslos 'otores nuevos /ue son instalados ado)tan esta tecnologa$ de las )rdidas totales del'otor$ El 'otor sincr&nico eli'ina la 'aora de estas )rdidas$ Co'o un e2e')lo )ara dos'otores de un deter'inado ti)o de DD0 ; B ; la no e4istencia de las )rdidas dedesli!a'iento llevara a un incre'ento de la eficiencia de alrededor de 0= > en el )ri'ero de8 > en el caso del segundo F1G$


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%dicional'ente la )osi#ilidad de o)erar a altas velocidades auda a eli'inar ele'entos detrans'isi&n de )otencia tal co'o ca2as de engranes$ Esto )er'ite la integraci&n dele/ui)a'iento del 'otor la carga lo cual constitue una de'anda co'?n /ue est3 enincre'ento$

MOTOR SINCR4NICO DE RELUCTANCIA

El rotor consiste en una estructura con una direcci&n con la 'aor )er'eancia * d, en unadirecci&n )er)endicular *q, la de 'enor )er'eancia tal co'o se o#serva en el es/ue'a dela figura 1*a,$ En la figura 1 *#, se 'uestra un diagra'a de c&'o se desarrolla el 'o'ento enuna estructura con distinta )er'eancia en las direcciones de los e2es d q$

El 'o'ento es )roducido seg?n el rotor tiende a alinear su e2e d con la direcci&n del ca')o'agntico del estator$


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de reluctancia con'utada o 'otores )or )asos los cuales )resentan un estator entera'entediferente ondas de corriente no sinusoidales frecuente'ente considerados inadecuados )arael uso industrial de#ido entre otros as)ectos a su elevado ruido$

Una desventa2a citada con relaci&n al +S es su 'aor de'anda de corriente )ara el 'is'o'o'ento co')arado con el 'otor de i'3n )er'anente de#ido a /ue el rotor de#e ser'agneti!ado a travs del estator$


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COMPARACI4N ENTRE EL MOMENTO DEL MA 5 EL DEL MSR

Momento del motor asincrnico

6ara de'ostrar la ca)acidad del +S de desarrollar 'o'ento es conveniente co')arar esta'3/uina con el +% de 2aula de ardilla su)oniendo /ue el devanado del estator es idntico )araa'#as '3/uinas$

E')leando la teora de los e2es d-/ el 'o'ento instant3neo * Mi, desarrollado )or un +% de2aula si'trica se )uede escri#ir co'o en la ecuaci&n *D, F10G

donde Jds Jqsson las concatenaciones de flu2o del estator en los e2es d / res)ectiva'ente*#-vuelta,idseiqsson las corrientes del estator de los e2e d / res)ectiva'ente *%,$


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donde Lses la inductancia total del devanado del estator *A, Lmes la inductancia 'utua entreel devanado del estator del rotor *A, Llses la inductancia de dis)ersi&n del estator*A, idre iqrson las corrientes del rotor de los e2e d q res)ectiva'ente *%,$

6ara evaluar la ecuaci&n de 'o'ento *D, resulta ?til e4)resar las concatenaciones de flu2o entr'inos del rotor en lugar de acerlo en tr'inos del estator seg?n las ecuaciones *5, *=,

donde Lres la inductancia total del devanado del rotor *A, Jdr J/rson las concatenaciones deflu2o del rotor en los e2es d / res)ectiva'ente *#-vuelta,$

Si se resuelven las ecuaciones *5, *=,)ara idre iqr el resultado se sustitue en las ecuaciones*B, *, se o#tienen las ecuaciones *M, *8,

Sustituendo estas e4)resiones en la ecuaci&n *1, resulta la ecuaci&n *9,

esulta i')ortante 'encionar /ue la ecuaci&n *9,es v3lida en cual/uier 'arco de referenciaesto es los e2es d-/ )ueden rotar o )er'anecer fi2os$ Si los e2es se acen rotar con el vector deflu2o del rotor los dos co')onentes se )roectan co'o valores constantes en los e2es d-/*su)oniendo /ue )revalecen condiciones de #alance,$ P '3s a?n si se alinea uno de los dose2es con el vector de flu2o *)or e2e')lo el e2e d, entonces el co')onente en el e2e / se acecero$ En este caso la ecuaci&n *9, se reduce a la ecuaci&n *10,

%/u es adecuado se7alar /ue esta ecuaci&n es la for'a t)ica e')leada )ara el control deca')o orientado de las '3/uinas asincr&nicas$ ado /ue la ra!&n de ca'#io en el tie')o delflu2o del rotor es a)licada a travs de la resistencia del rotor la corriente en el 'is'o de#e estar
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en fase con la ra!&n de ca'#io del flu2o del rotor )or tanto en cuadratura con lasconcatenaciones de flu2o esto es idr 0$ Entonces la ecuaci&n *5, se reduce a laecuaci&n *11,

la ecuaci&n *9, se convierte en la ecuaci&n *1D,

Momento del motor sincrnico de reluctancia

El 'o'ento instant3neo )roducido )or el +S se )uede e4)resar )or 'edio de una ecuaci&nan3loga a laecuaci&n *1, /ue es la ecuaci&n *1B,

En este caso en las condiciones nor'ales de o)eraci&n de esta '3/uina en estado esta#le las

corrientes del rotor son cero co'o consecuencia ds se e4)resa co'o en la ecuaci&n *1,

donde Ldsinductancia del estator en el e2e d *A,$

e 'anera se'e2ante J/sviene dada )or la ecuaci&n *15,

donde Lqses la inductancia del e2e / *A,

Utili!ando las ecuaciones *1, *15, la ecuaci&n *1B, )uede escri#irse co'o la ecuaci&n *1=,


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donde Llses la inductancia de dis)ersi&n de estator *A, Lmdes la inductancia de'agneti!aci&n del e2e d *A,$

donde Lmqes la inductancia de 'agneti!aci&n del e2e / *A,

Entonces la ecuaci&n *1=, se )uede transfor'ar *en tr'inos de las inductancias de'agneti!aci&n, en laecuaci&n *19,

Relacin entre los momentos del MSR y el MA


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funda'ental'ente del valor del arco de )olo del rotor del +S con relaci&n valor del )aso de)olo del +%$ Esta relaci&n se calcula a )artir de la ecuaci&n *D1, F10G

donde Qpes el arco de )olo del rotor del +S *rad,$

Con las la'inaciones del rotor de los +S 'odernos el arco de )olo se )uede a)ro4i'ar al )asode )olo *p , FBG$ Con p un valor 'u conservador de pde DRHB la 'agnitud de*LmdHLm, seg?n la ecuaci&n *D1, alcan!a un valor '34i'o de 1 )ara el )ri'er caso un'ni'o de 09 )ara el segundo$ Considerando el an3lisis reali!ado con relaci&n a los valores'34i'os 'ni'os de los B factores /ue deter'inan la relaci&n entre los 'o'entos *MrHMi, de

a'#as '3/uinas se tienen los valores dados res)ectiva'ente )or las ecuaciones *DD,*DB,


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de falla o de so#recalenta'iento$ de#ido a la ausencia de 2aula de i'anes$ En a)licaciones'arcada'ente din3'icas tal co'o gr?as esta reducci&n significa #eneficios adicionales eneficiencia energtica as co'o el logro de ciclos de i!a2e '3s r3)idos$

Evaluacin e6eri-ental

Una evaluaci&n e4)eri'ental co')arativa entre el +% el +S fue llevada a ca#o en un tra#a2odesarrollado )or Loglietti *D005, F11G$ Estas )rue#as e4)eri'entales fueron reali!adas adiferentes velocidades tanto a 'o'ento constante co'o a te')eratura del

devanado constante$

Con el o#2etivo de reducir los errores a'#os 'otores fueron ali'entados con el 'is'o inversor solo las rutinas en el soft:are fueron ada)tadas en de)endencia del ti)o de 'otor$ El inversore')lea 'odulaci&n )or vectores es)aciales a una frecuencia de corte de 10 ;A!$

En la ta#la 1 se )resentan los as)ectos funda'entales de la co')araci&n e4)eri'ental )arauna deter'inada velocidad de o)eraci&n igual )ara el +% el +S$
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di'ensiones de la '3/uina las corriente no'inales tienen valores aun/ue cercanosligera'ente 'aores$ El factor de )otencia resulta 'u se'e2ante$ Con la variante d se alcan!aun tNigual al tde dise7o del aisla'iento clase *D0 VC '3s, del +S$ 6or lo tanto se )uedeo#tener la 'is'a )otencia no'inal con 'enores di'ensiones$


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CONCLUSIONES

El estudio reali!ado so#re las caractersticas o)eracionales constructivas del +S enco')araci&n con las del +% evidencian /ue a/uel )resenta venta2as es)ecial'ente en lo /uese refiere a eficiencia calenta'iento )eso e inercia$ Esto )er'ite afir'ar /ue constituen unai')ortante )ers)ectiva )ara su uso generali!ado en la industria es)ecial'ente en la a)licaci&ncon variadores de frecuencia en )articular con cargas centrfugas$ El ele'ento funda'ental/ue )er'ite al +S ser '3s eficiente es /ue las )rdidas en el rotor resultan 'ni'as$ Seutili!an %. /ue se )ueden a)licar lo 'is'o a los +% /ue a los +S$

Se )resent& una co')araci&n e4)eri'ental entre con2untos %.-+S %.-+%$ 6ara igual'o'ento con res)ecto a la variante con el +% la del +S resulta '3s eficiente )ara igualincre'ento de te')eratura con las 'is'as di'ensiones la variante con el +S entrega 'aor)otencia ?til$ Ta'#in )uede #uscarse entregar la 'is'a )otencia ?til con 'enoresdi'ensiones$ esulta venta2oso econ&'ica'ente utili!ar un con2unto %.-+S con una clase deeficiencia su)erior a la de un con2unto %.-+% tra#a2ando con una carga centrfuga$ Un an3lisisecon&'ico utili!ando tcnicas del .%N diferencial evidenci& en una e')resa industrial cu#anaun 6I atractiva cuando se o)era en for'a continua durante 8 000 oras anuales$

RE'ERENCIAS

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8$ L((U[ENI S$T$ et al$ "ast Esti'ation of

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