Modelacion maquina de induccion

Capítulo 3:
3.1

Modelación de la Máquina de Inducción.

La necesidad de nuevos modelos de la máquina de inducción.

En el capítulo 2 se presentaron a grandes rasgos, tres métodos para la determinación de modelos matemáticos de sistemas físicos. Estas técnicas son de gran utilidad para la representación del comportamiento dinámico o de régimen permanente de los convertidores electromecánicos deenergía. Estas metodologías son perfectamente aplicadas al caso particular de la máquina de inducción. La máquina de inducción es uno de los convertidores electromecánicos más ampliamente difundidos en la actualidad. Las razones fundamentales para esta enorme popularidad, residen fundamentalmente en la economía de su diseño y en su robustez constructiva. Desde que Tesla desarrolló el principio defuncionamiento de esta máquina y construyó los primeros prototipos a finales del siglo XIX [24], se han desarrollado varios modelos que representan con una precisión adecuada a las aplicaciones prácticas tanto la operación equilibrada como desequilibrada, en régimen permanente y excitada mediante fuentes de tensión sinusoidal. Durante más de medio siglo, estas herramientas fueron satisfactoriaspara diseñar, construir y operar estas máquinas, pero el desarrollo sostenido de los convertidores electrónicos de potencia, especialmente en las décadas de los años ochenta y noventa, hicieron necesaria la utilización de técnicas de modelación más potentes, capaces de analizar el comportamiento de la máquina de inducción en régimen transitorio, y excitada con fuentes no sinusoidales de tensión ocorriente. Mas aun, muchos de los controladores electrónicos que se han adaptado recientemente a estas máquinas se fundamentan en los nuevos modelos. Los modelos clásicos interpretan a la máquina de inducción como un transformador con un grado de libertad adicional, el movimiento o giro del rotor. Para simplificar el análisis de este convertidor, la modelación clásica considera que los fenómenoeléctricos son mucho más rápidos que los fenómenos mecánicos. Esta hipótesis desacopla los subsistemas eléctrico y mecánico, permitiendo el análisis independiente de cada uno de ellos. En la práctica este razonamiento no siempre es válido, en ocasiones los fenómenos eléctricos y mecánicos tienen constantes de tiempo similares.

-1-

Por otra parte, la modelación clásica de la máquina de inducción sejustifica en varios hechos concretos tales como que el sistema eléctrico industrial es casi siempre trifásico, prácticamente equilibrado y posee un contenido armónico de poca importancia, al menos hasta hace pocos años. Además, estas máquinas se utilizan en muchas aplicaciones, o en un régimen fijo de carga y velocidad, o en un ciclo de carga que es considerablemente más lento que las constantes detiempo del convertidor. El problema que plantean los desequilibrios de la red, o las máquinas monofásicas y bifásicas, pueden ser analizados aplicando la teoría general de componentes simétricas instantáneas para sistemas polifásicos [14,76]. Con estas herramientas el diseñador de máquinas o accionamientos industriales, el planificador, y el operador de una planta disponen de modelos precisos paracada uno de sus propósitos. Al introducir la regulación de la velocidad de la máquina de inducción mediante fuentes controladas electrónicamente, comienzan algunas dificultades. Uno de los principales problemas aparece cuando se intenta obtener de estos accionamientos características dinámicas rápidas, semejantes a las que son posibles empleando máquinas de corriente continua. Los modelosclásicos pueden ser utilizados en primera aproximación, pero cuando se intenta obtener mejores características es necesario mejorar estas representaciones. Aparece entonces la necesidad de modelos más precisos, donde se reproduzcan las características transitorias y dinámicas de la máquina de inducción alimentada por fuentes de tensión o corriente no necesariamente sinusoidales. Por otra parte, el...