Análisis de desequilibrios en transformadores y máquinas de inducción trifásicos

Abstract

Aquesta tesi analitza l'efecte dels desequilibris del sistema de tensió trifàsic en màquines d'inducció i en transformadors trifàsics, mitjançant factors de desequilibri. Primer, s’ha caracteritzat un desequilibri de tensió mitjançant quatre paràmetres: tipus de desequilibri (q), component directa de la tensió (V1), VUF i angle del factor complex de desequilibri de tensió. Per analitzar els efectes de desequilibris en motors d'inducció, s’han realitzat simulacions en dos motors, i assajos de laboratori i simulacions en un tercer motor. S’ha observat que els paràmetres de desequilibri de tensió i angle del CVUF no tenen influència en el CUF i el TRF. També s’ha observat que hi ha una tendència lineal entre el CUF i el TRF respecte al VUF (per a valors constants de V1) i que hi ha una tendència lineal entre el CUF i el TRF respecte a V1 (per a valors constants de VUF). Petits desequilibris de tensió poden generar grans desequilibris de corrent i un fort arrissat de parell. En els assaigs de laboratori es s’han obtingut resultats molt propers als obtinguts mitjançant la simulació del motor 3. Aquests resultats han estat qualitativament iguals als obtinguts per als motors 1 i 2. S’han observat desequilibris en un transformador trifàsic. S’ha observat que els desequilibris de tensió en el debanat primari provoquen desequilibris en les tensions del secundari i en els corrents del primari i del secundari. També s’han observat tendències lineals entre els mateixos factors que els analitzats amb motors. Finalment, s’ha desenvolupat un nou mètode d'estimació de paràmetres del transformador monofàsic a partir d'assajos en càrrega mitjançant un algoritme que minimitzava l'error de pèrdues elèctriques de potència i de caiguda de tensió del debanat secundari. S’ha aconseguit estimar paràmetres més precisos del circuit equivalent Gamma del transformador monofàsic que els obtinguts amb els assajos de buit i curtcircuit.

Esta tesis analiza el efecto de los desequilibrios del sistema de tensión trifásico en máquinas de inducción y en transformadores trifásicos, mediante factores de desequilibrio. Primero, Se caracterizó un desequilibrio de tensión mediante cuatro parámetros: tipo de desequilibrio (q), componente directa de la tensión (V1), VUF y ángulo del factor complejo de desequilibrio de tensión. Para analizar los efectos de desequilibrios en motores de inducción, se realizaron simulaciones en dos motores, y ensayos de laboratorio y simulaciones en un tercer motor. Se observó que los parámetros de desequilibrio de tensión y ángulo del CVUF no tienen influencia en el CUF y el TRF. También se observó que existe una tendencia lineal entre el CUF y el TRF respecto al VUF (para valores constantes de V1) y que existe una tendencia lineal entre el CUF y el TRF respecto a V1 (para valores constantes de VUF). Pequeños desequilibrios de tensión pueden generar grandes desequilibrios de corriente y un fuerte rizado de par. En los ensayos de laboratorio se obtuvieron resultados muy cercanos a los obtenidos mediante la simulación del motor 3. Dichos resultados fueron cualitativamente iguales a los obtenidos para los motores 1 y 2. Se simularon desequilibrios en un transformador trifásico. Se observó que los desequilibrios de tensión en el devanado primario provocan desequilibrios en las tensiones del secundario y en las corrientes del primario y del secundario. También se observaron tendencias lineales entre los mismos factores que los analizados con motores. Por último, se desarrolló un nuevo método de estimación de parámetros del transformador monofásico a partir de ensayos en carga mediante un algoritmo que minimizaba el error de pérdidas eléctricas de potencia y de caída de tensión del devanado secundario. Se consiguieron estimar parámetros más precisos del circuito equivalente Gamma del transformador monofásico que los obtenidos con los ensayos de vacío y cortocircuito.

This thesis analyses the effect of the unbalance of the three-phase voltage system in induction machines and in three-phase transformers, by means of unbalance factors. First, a voltage unbalance was characterized by four parameters: type of unbalance (q), positive-sequence voltage (V1), VUF and angle of the complex factor of voltage unbalance. To analyse the effects of unbalances in induction motors, simulations were carried out in two motors, and laboratory tests and simulations in a third motor. It was observed that the unbalance voltage and angle parameters of the CVUF have no influence on the CUF and the TRF. It was also observed that there is a linear trend between the CUF and the TRF versus VUF (for constant values of V1) and that there is a linear tendency between the CUF and the TRF versus V1 (for constant values of VUF). Small voltage unbalances can generate large current unbalances and strong torque ripple. In the laboratory tests, results very close to those obtained by the simulation of motor 3 were obtained. These results were qualitatively equal to those obtained for motors 1 and 2. Unbalances were simulated in a three-phase transformer. It was observed that the voltage unbalance in the primary winding causes unbalance in the secondary voltages and in the primary and secondary currents. Linear trends were also observed among the same factors as those analysed with motors. Finally, a new method for estimating the parameters of the single-phase transformer was developed from load tests using an algorithm that minimized the error of electrical power losses and voltage drop of the secondary winding. More precise parameters of the equivalent Gamma circuit of the single-phase transformer were estimated than those obtained with the open-circuit and short-circuit tests.