Conclusiones

El calor resistivo generado en el RS de bobinas de máquinas alimentadas por CVV-PWM incrementa con la frecuencia fundamental. Sin embargo, los pulsos de tensión característicos de la forma de onda de tensión PWM incrementan también considerablemente el calor generado en el recubrimiento.

Materiales para RS con una conductividad eléctrica constante o poco dependiente del campo eléctrico pueden ser utilizados para evitar que la generación de calor se incremente y concentre en tramos más cortos del RS.

Para que el filtrado de la forma de onda de tensión produzca una reducción significativa en el calor generado en el SG, se requiere que la frecuencia de corte sea menor a la frecuencia de disparo de los dispositivos semiconductores del CCV-PWM.

Pruebas experimentales con RS de conductividad constante requieren ser realizadas con formas de onda PWM reales para poder determinar su efectividad.

Lista de Tablas

Tabla 1. Identificación de los diferentes sistemas de aislamiento………... 12 Tabla 2.- Interruptores a conectar para obtener los tres niveles de tensión de salida en elInversor Con Capacidades Flotantes…... 29 Tabla 3. Propiedades eléctricas y térmicas del SiC………...…………....….. 37 Tabla 4. Composición típica del ZnO con diferentes materiales………...………. 38 Tabla 5. Conductividad eléctrica promedio de dos compuestos con Zelec®

Lista de Figuras

Figura 1. Corte transversal del estator con devanado conformado donde se muestran

sus elementos constitutivos………. 12 Figura 2. Corte transversal del estator con devanado conformado donde se muestran

sus elementos constitutivos………. 13 Figura 3. Distribución de los elementos que conforman el sistema de aislamiento

para bobinas conformadas………... 14 Figura 4. Corte transversal de una bobina conformada con tres vueltas

y tres hilos por vuelta……….… 15 Figura 5. (a) Corte transversal de una bobina dentro de su ranura que muestra

la ubicación de posibles descargas parciales. (b) Circuito eléctrico

equivalente………... 18 Figura 6. Recubrimiento conductor (RC) y recubrimiento semiconductor (RS)

para el control del campo eléctrico en bobinas conformadas de máquinas

de mediana y alta tensión………. 19 Figura 7. Diagrama de bloques de los elementos funcionales del CVV………. 22 Figura 8. Diagrama de bloques de los elementos constitutivos del CVV-PWM………… 24 Figura 9. Configuración del inversor de 2 niveles……….. 25 Figura 10. Inversor trifásico Diode-Clamped de tres niveles……..……..………. 27 Figura 11. Inversor trifásicoFlying-Capacitor de tres niveles………... 29

Figura 12. Topología del inversorCascade Full-Bridge ... ... 30

Figura 13. (a) Tensión de línea a línea y (b) tensión de fase a neutro del

CVV-PWM tres fases, tres niveles……… 33 Figura 14. Configuración estructural del Zelec, (a) redes que conducen y

(b) redes que no conducen………. 41 Figura 15. Líneas equipotenciales y calor generado en el RS con propiedades

no lineales……….. 46 Figura 16. Imagen infrarroja que muestra la distribución de temperatura en el

Figura 17. Representación esquemática del sistema utilizado para el cálculo

del calor generado en el RS de una bobina de 6.6 kV………... 47 Figura 18. Forma de onda de tensión del CVV-PWM considerada

en las simulaciones………. 47 Figura 19. Geometría considerada para la simulación del sistema de aislamiento sin

considerar el efecto del RS………... 50 Figura 20. Geometría considerada para la simulación del recubrimiento semiconductor

dependiente al campo eléctrico………...…………. 51 Figura 21. Geometría considerada para la simulación del recubrimiento semiconductor sin

dependencia al campo eléctrico………..……….. 52 Figura 22. Distribución de las líneas equipotenciales sin considerar

el efecto del RS……… 54 Figura 23. Distribución de las líneas equipotenciales en el RS cuando es

dependiente al campo eléctrico…………..……… 55 Figura 24. Distribución de las líneas equipotenciales en el RS con

propiedades no lineales………. 56 Figura 25. (a) Densidad promedio del calor generado (Qm) y (b) Intensidad

de campo eléctrico E a lo largo del RS, para un material con conductividad eléctrica dependiente del campo eléctrico y otro

con conductividad eléctrica constante………... 57 Figura 26. Densidad promedio del calor generado (Qm) en la zona de mayor

intensidad decampo eléctrico como función de la frecuencia fundamental

con forma de onda puramente sinusoidal y una forma de onda PWM………. 58 Figura 27. Densidad promedio del calor generado (Qm) en la zona de mayor

intensidad de campo eléctrico como función de la frecuencia de corte en el filtrado para frecuencias fundamentales de 20, 60,

120 y 300 Hz………. 59 Figura 28. (a) Tensión de línea y (b) densidad promedio del calor generado (Qm)

en la zona de mayor intensidad de campo eléctrico. Frecuencia

Figura 29. (a) Tensión de línea y (b) densidad promedio del calor generado (Qm)

en la zona de mayor intensidad de campo eléctrico. Frecuencia fundamental de 60 Hz, frecuencia de corte 60 MHz………..… 61

Glosario de Términos Técnicos

Ampacidad: Es la máxima intensidad de corriente que puede circular de forma continuada por un conductor eléctrico sin que sufra daños.

Bobina: Es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético.

Campo eléctrico: Es una cualidad del entorno que rodea a una carga eléctrica, modelado conforme a un espacio vectorial que relaciona los puntos que se hallan en ese sector con un vector conocido como intensidad de campo eléctrico.

Conductividad Eléctrica: Es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí.

Cortocircuito: Se denomina al fallo en un aparato o línea eléctrica por el cual la corriente eléctrica pasa directamente del conductor activo o fase al neutro o tierra, entre dos fases en el caso de sistemas polifásicos en corriente alterna o entre polos opuestos en el caso de corriente directa.

Descarga parcial: Fenómeno de rotura eléctrica que está confinado y localizado en la región de un medio aislante, entre dos conductores que se encuentran a diferente potencial.

Dieléctrico: Se denomina a los materiales que no conducen la electricidad, por lo que pueden ser utilizados como aislantes.

Ecuación de Arrhenius: Es una expresión matemática que nos ayuda a comprobar la dependencia de la constante de velocidad (o cinética) de una reacción con la temperatura a la que se lleva a cabo esa reacción.

Efecto piel: Fenómeno el cual hace que la resistencia efectiva o de corriente alterna sea mayor que la resistencia óhmica o de corriente directa. Este efecto es el causante de la variación de la resistencia eléctrica, en corriente alterna, de un conductor debido a la variación de la frecuencia de la corriente eléctrica que circula por éste.

Inversor: Un inversor, también llamado ondulador, es un circuito utilizado para convertir corriente continua en corriente alterna.

Modulación por ancho de pulsos: Es una técnica utilizada para regular la velocidad de giro de los motores eléctricos. Mantiene el par motor constante y no supone un desaprovechamiento de la energía eléctrica. Se utiliza tanto en corriente continua como en alterna.

Permitividad: Es una constante física que describe cómo un campo eléctrico afecta y es afectado por un medio.

Resina: Sustancias obtenidas de plantas coníferas, usadas para fabricar diversos medios y barnices.

Tiristor: Es un componente electrónico semiconductor que utiliza realimentación interna para producir una conmutación y que se emplea generalmente para el control de potencia.

Referencias

[1] F. P. Espino-Cortés, Análisis del Comportamiento de Recubrimientos

Semiconductores en Bobinas de Motores de Mediana Tensión Alimentados por Controladores de Velocidad , SEPI-ESIIME, México D. F.

[2] D. A. Fink, “Standard Handbook for Electrical Engineers , McGraw Hill, 2000. [3] “Master Test Guide of Electrical Measurements in Power Circuits , IEEE, pp. 120,

1989.

[4] J. E. Timperley, The Power Industry and Why We Here , IEEE, pp. 1-13, 2006. [5] http://www.confiabilidad/art_06/estimando_la_vida_del_motor_electrico.html [6] S. U. Haq, A Study on Insulation Problems in Drive Fed Medium Voltage

Induction Motors , Thesis Doctoral, Chapter 1, pp. 3-4, Canada, 2007.

[7] G. C. Stone, E. A. Boulter, Ian Culbert, Hussein Dhirani, Electrical Insulation fo Rotating Machines ,IEEE press Series Wiley Inter-Science, 2003.

[8] F. P. Espino-Cortés, E. A. Cherney, S. Jayaram, Impact of Inverter Drives Employing Fast-Switching Devices on Form-Wound AC Machine Stator Coil Stress Grading , IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol. 23, Num. 1, pp.29-35, 2007. [9] G. C. Stone, et al, Electrical insulation for Rotating Machines-Desing, Evaluation,

Aging, Testing and Repair , Wiley – IEEE Press, 2004.

[10] R. Bartnikas, Engineering Dielectric Volume IIB Electrical Properties of Solid Insulation Materials , ASTM STP 926, 1987.

[11] F. P. Espino-Cortes et al, Study of Stress Grading Systems Working Under Fast Risetime Pulses , IEEE International Symposium of Electrical Insulation, Toronto, pp. 380-383, 2006.

[12] http://www.joliettch.com/ac_motor_control_characteristics.html

[13] N. S. Choi, J. G. Cho, A General Circuit Topology of Multinivel Inverter , IEEE Power Electronics Specialists Conference”, Vol. 1, pp. 96-103, 1991.

[14] S. A. Menéndez, Aportación al Control del Convertidor CC/CA de tres Niveles , Tesis Doctoral, Capitulo 3, pp. 17, España, 2004.

[15] T. A. Meynard, H. Foch, Multinivel Converters and Derived Topologies for High Power Conversion , IEEE Int. Conf. On Industr. Electr. And Instrumen. (IECON’95), Vol 1, pp. 21-26, 1995.

[16] T. A. Meynard, H. Foch, Multi-Level Conversion High Voltage Choppers and Voltage Source Inverters , IEEE Power Electronics Specialist Conference, Vol. 1, pp 397-403, 1992.

[17] R. Teodorescu, F. Blaabjerg, J. K. Pedersen, E. Cengelci, S. U. Sulistijo, B. O. Woo, P. Enjeti, Multinivel Converters a Survey , Proceeding of the 8th European Conference On Power Electronic and Applications, 1999.

[18] J. Courant, O. Lapierre, J. L. Pouliquen, Industrial Interest of Multinivel Converters , Proceeding of the 8th European Conference On Power Electronics and Applications, 1999.

[19] N. Celanovic, Space Vector Modulation and Control of Multinivel Converters , Dissertation. CPES-Virginia Polytechnic Institute & State University, 2000.

[20] J. Rodríguez, S. Lai, F. Z. Peng, Multinivel Inverters A Survey of Topologies Control and Applications , IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 49, NO. 4, pp 724-738, 2002.

[21] S. Lai, F. Z. Peng, Multinivel Converters a New Breed of Power Converters , IEE Transactions On Industrial Electronics, Vol. 32, NO. 3, 1999.

[22] Y. Shakweh, E. A. Lewis, Assestment of Medium Voltage PWW-VSI Topologies for Multi-Megawatt Variable Speed Drive Applications , IEEE Power Electronics Specialists Conference (PESC’99), Vol. 2, pp. 965-971, 1999.

[23] R. Teodorescu, F. Blaabjerg, J. K. Pedersen, E. Cengelci, P. Enjeti, Multinivel Inverter by Cascade Industrial VSI , IEEE Transactions On Industrial Electronics, Vol. 49, pp. 832-838, 2002.

[24] S. Bernet, Recent Developments for High Power Converters for Industry and Traction Applications , IEEE Transactions On Industrial Electronics, Vol. 15, NO. 6, pp. 1102-1117, 2000.

[25] B. R. Andersen, L. Xu, O, J, Horton, P, Cartwringht., Topologies for VSC Transmition , IEEE Power Engineering Journal, Vol 16, Issue 3, pp. 142-150, 2002. [26] http://www.accuratus.com/silicar.html.

[27] P. R. Emtage The Physics of Zinc Oxide Varistor , J. of Appl. Phys. Vol. 48, Num. 10, pp. 4372-4375, 1977.

[28] F. P. Espino-Cortés, A Study of Field-Dependent Stress Grading Syistems Working under Fast Rise Time Pulses , Thesis Doctoral, Chapter 2, pp. 23-24, Canada , 2006.

[29] B. C. H, Electronic Ceramics , Elsevier Applied Science, 1991.

[30] http://www.zelec-ecp.com/dominio/milliken/zelec.nsf/files/ECPoverview.html [31] F. P. Espino-Cortés, P. Gómez Zamorano, A. Reyes Rosario Effect of Voltage

Distorsion on Stress Grading Coatings Working at High Fundamental Frequency , IEEE Electrical Insulation Conference, EIC 2007, Nashville TE, Octubre 2007. [32] A. Utrilla Mendoza, F. P. Espino-Cortés, P. Gómez Zamorano, “Análisis del Efecto

de Altas Frecuencias Fundamentales en Recubrimientos Semiconductores de Bobinas de Motores Alimentados con Controladores de Velocidad”, VII Congreso ALTAE, Cuernavaca Morelos, México, Noviembre de 2007.