Modelización de un motor asíncrono trifásico alimentado en corriente monofásica

Abstract

El motor asíncrono es el motor eléctrico más utilizado en la industria. Es poco costoso y es robusto y su control en velocidad es fácil a través de la frecuencia de alimentación. Por ello se equipa con este tipo de motor a gran parte de las máquinas y útiles de trabajo en la mayoría de los puestos de trabajo en la indistria como por ejemplo en las bobinadoras, cintas mecánicas, para el bombeo, compresores, máquinas de corte y fresado, máquinas de perforado, tornos etc. Pero el problema de éste motor surge de la necesidad de alimentarlo en corriente trifásica para hacerlo funcionar. Ya que en industrias o locales en los que se ha podido hacer un cambio de contadores pasando de trifásica a monofásica, o en los que se quiere reciclar un motor asíncrono ya en posesión, es un problema al que se puede confrontar un ingeniero para evitar incurrir en gastos no necesarios al poder, como se va a desarrollar en el proyecto, utilizar los motores trifásicos alimentándolos con corriente monofásica únicamente. De esta forma, el proyecto consiste en encontrar una solución para poder hacer funcionar la máquina trifásica a partir de una fuente monofásica; modelizarlo a través del software informático de simulación Matlab/Simulink y encontrar el valor de condensador óptimo para una aplicación dada de la máquina estudiada. El proyecto se compone de dos estudios: estudio de la máquina asíncrona y estudio de la máquina asíncrona alimentada en monofásica. Para hacer un estudio sistemático, cada uno de los casos que conforman el proyecto se ha dividido en tres partes principales: 1. Establecer las écuaciones que toman parte en el funcionamiento de dicho sistema. 2. Modelizar dichas ecuaciones en el software Matlab 3. Simular los resultados Y para concluir se cierra el proyecto con un estudio comparativo de los resultados de ambas simulaciones para la extracción de conclusiones y posibles mejoras. Para hacer la alimentación monofásica se ha de utilizar una conexión concreta que ha de ser llevada a ecuaciones para resolver el sistema total de ecuaciones que compone el funcionamiento de la máquina asíncrona para su posterior modelizado con el software Matlab/Simulink y su simulación para la extracción de resultados. El conjunto de ecuaciones estudiadas, modificadas y modelizadas son las ecuaciones que rigen el comportamiento dinámico de la máquina, ecuación fundamental de la dinámica, las ecuaciones eléctricas de la conexión y de la máquina, las ecuaciones de flujo y las ecuaciones de la herramienta matemática utilizada para manipular y aligerar la resolución del sistema, las ecuaciones de Park. Posteriormente al estudio y concepción teórica se utilizará el software Matlab/simulink como ya hemos evocado anteriormente con el objeto de concebir un modelo apropiado y funcional de la máquina tanto trifásica asíncrona como con alimentación monofásica. Modelo con el cual a través de una correcta parametrización se puedan extraer gráficas de sus diferentes parámetros de funcionamiento temporal como velocidad, pérdidas Joule, rendimiento, corrientes, flujos, pares desarrollados etc. Con los datos obtenidos de las simulaciones se procederá a hacer un estudio comparativo con el objetiuvo de extraer conclusiones sobre el método de funcionamiento propuesto, sus ventajas y sus limitaciones.The asynchronous machine is the electric machine most widely used in the industry. It is not expensive, and it is easily speed regulated by its source frequency. That is the reason why many machines and tools are equipped with these kind of motors in a wide range of working posts of many different industries. For example, tools like winding machines, conveyor belts, pumping machines, cutting machines, milling cutters, drills and lathes will use them. The problem of this motor comes from the need of the triphase currency to make it work. There may be industries where there has been a change of the counters from triphase to single-phase counters, or where they just want to re-use a non-used existent machine that is already owned. It is a problem that any engineer may have to face in order not to incur in unnecessary expenses. With this project we will manage to use the triphase motors supplied with a single-phase source with reasonable performances. The project will consist in finding the way to make the triphase machine work with a single-phase source, modelling it with the software Matlab/Simulink and to find the best value for the capacitor used for the studied machine. The project will be composed by two parts: The study of the asynchronous machine and the study of the asynchronous triphase machine supplied by a single-phase source. To make a systematic study of the problem, both parts will be divided in three mean points: 1. Establish the equations that take part in the proper functioning of the system. 2. Modelling of these equations in the Matlab software 3. Simulation of the results To conclude, the project will end with a comparative study of the results of both simulations to be able to deduce conclusions and possible improvements. To make the supply with the single-phase source a specific connexion is needed. This connexion will be also expressed in the electrical equations describing the system. This full equations system will describe the functioning of the machine and will be modelled with the software Simulink for the ulterior simulation and extraction of results. The ensemble of equations that are studied, modified, and modelled that describes the functioning of the machine are the dynamic equations that rules the movement of the machine with the fundamental equation of the dynamics, the electric equations of the connexion and the machine, the flux equations, and the mathematic tool used to manipulate and lighten the resolution of the system, the Park transformation. After the study and the theoretical conception of the system we will use the software Matlab/Simulink as we had already told. The objective is to conceive an appropriated and functional model of the two machines, the triphase asynchronous machine and the triphase asynchronous machine supplied with a single-phase source. With this model and with a correct parameterisation of our studied machine we will be able to produce graphs of the different parameters of the functioning of the machine such as speed, Joule dissipation, performance, currencies, fluxes, couples etc. With the data obtained from the simulations we will proceed to a comparative study to deduce conclusions about this functioning method proposed, its advantages and its limitations.