CONTROL DEL MOTOR DE INDUCCIÓN Y DIAGNÓSTICO DE FALLAS UTILIZANDO EL MODELO CON RESISTENCIAS IMPLÍCITAS

El control vectorial presentado en el capítulo cuatro, se simuló en conjunto con el esquema de diagnóstico de fallas utilizando el modelo con resistencias implícitas. Los resultados obtenidos en comparación con el diagnóstico aplicado al motor sin realizar control, son muy diferentes.

En las pruebas realizadas, se establece una señal de referencia variable para la velocidad y una referencia fija para el flujo. Se elige un flujo de referencia igual a 0.4 Wb. La señal de referencia para la velocidad es una señal cuadrada de magnitud 5 voltios y frecuencia de 0.2 hertz, montada sobre una señal constante 130 V.

Las fallas se provocaron variando los valores de los parámetros

R

_s,

R

_r y M. Las pruebas de perturbaciones consistieron en un aumento repentino del par de carga.

En condiciones normales de operación (sin fallas) el motor se desempeña correctamente. En la figura 5.34 se muestra la velocidad del motor de inducción y los residuos en la figura 5.35. Los residuos de los observadores 1 y 3 correspondientes a las fallas en Rs y perturbaciones, respectivamente, son cero, sin embargo el residuo correspondiente al observador 2, en cada cambio de la velocidad de referencia, deja de ser cero hasta que el transitorio transcurre. Esta condición no está presente en la tabla 5.1 y no representa indicación de falla alguna.

Figura 5.33 Perturbación debida a una variación del 30% del par de carga Figura 5.32 Falla de excentricidad

Figura 5.34 Velocidad del motor

Se simuló una falla en la resistencia del estator a los 5 segundos de iniciada la simulación, reduciendo su valor sólo 10 %. En este caso, el observador 1 es insensible a dichas fallas y permanece en cero. El residuo correspondiente al observador 3 es diferente de cero al provocarse la falla, sin embargo, en el observador 2 se observa una señal senoidal de magnitud relativamente pequeña, esto se muestra en la figura 3.36. La señal tiene la frecuencia de la alimentación al estator la cual es ωs =npωr/ 1

(

−s

)

= 271.4 rad/s. Por lo tanto el residuo 2 es filtrado a esa frecuencia. El resultado se muestra en la figura 3.37 y se observa que el residuo no es más grande que el transitorio.

Sin embargo, al reducir la resistencia de estator al 70% de su valor nominal, la diferencia ya es notable y el residuo se encuentra fuera de una banda definida por 0.027± que son los límites del transitorio. Esto se muestra en la figura 3.38. Por lo tanto, solo será posible localizar fallas en el estator cuando la resistencia disminuya por debajo del 70% del valor nominal. Solo bajo estas condiciones se está en la certeza de que la falla ha ocurrido en el estator. El valor de la resistencia del estator puede reducirse hasta un 10% y la localización

Figura 5.37 Filtrado de la señal del observador 2

Figura 5.35 Residuos en condiciones normales de operación

Figura 5.38 Residuos con falla en Rs al ser reducido el valor nominal 30%

Figura 5.39 Residuos con falla en Rr al ser reducido el valor nominal 10%

siempre es posible. No puede reducirse más el valor de la resistencia porque el control es inestable.

De la misma forma se realizaron las correspondientes pruebas para fallas en la resistencia de rotor e inductancia mutua. En cuanto a fallas en

R

_r, se redujo el valor de la resistencia 10% y los residuos 1 y 3 dejaron de ser cero y el residuo 2 se mantuvo dentro de los límites establecidos. La localización de la falla se realiza comparando los residuos con la tabla 5.1 y de acuerdo con esto, se tiene que la falla ocurrió en la resistencia

R

_r. La gráfica correspondiente es la figura 5.39. Sin embargo, existe un límite para la falla. En la figura 5.40, se muestra la falla de Rr al ser reducida 40% del valor nominal. Se observa que el residuo 2 sale de la banda y el seguimiento de la señal de velocidad se encuentra muy degradado (figura 5.41), además, de acuerdo a la estrategia de diagnóstico dada en la tabla 5.1, ya no es posible diferenciar entre una falla de la resistencia de rotor y falla de inductancia mutua puesto que en este caso se trata de una falla en la resistencias de rotor y los residuos concuerdan con una falla de la inductancia mutua.

Figura 5.40 Residuos al ocurrir una falla de

R

_ral ser reducida 40%

Figura 5.41 Comportamiento de la velocidad con una falla en Rr

En cuanto a fallas en la inductancia mutua, se produjo una reducción del 1% y 2% en su valor nominal. El comportamiento de los residuos se muestra en las figuras 5.42 y 5.43 respectivamente. El residuo 2 continua siendo filtrado y se observa que existe un periodo en el cual no sale de la banda aún en condición de falla y esta situación se confunde con el caso de falla en Rr. A partir de variaciones mayores del 2%, ya es posible la localización de la falla en la inductancia mutua de acuerdo a la tabla 5.1, sin embargo el valor límite es 5% pues si se reduce más, el control se degrada y posteriormente se vuelve inestable.

El comportamiento de los residuos cuando ocurren perturbaciones también presenta características especiales. Se produjo un aumento del 30% del par de carga. En la figura 5.44 observa que el residuo 1 es diferente de cero al momento de ocurrir la perturbación, el residuo 2 que se encuentra filtrado no sale de la banda y el residuo 3 continúa en cero. Esta condición no está presente en la tabla 5.1. Inspeccionando los residuos pero ahora con el residuos 2 sin filtrar, se obtiene la figura 5.45, donde la forma de los residuos concuerda con la tabla 5.1. Cabe recordar, que siendo sólo el residuo 2 diferente de cero no es indicación de falla. Los resultados anteriores se condensan en la tabla 5.6.

Figura 5.42 Falla de la inductancia mutua 1%

Figura 5.43 Falla de la inductancia mutua 2%

Figura 5.44 Perturbación debida al par de carga con el residuo 2 filtrado

Figura 5.45 Perturbación debida al par de carga con residuo 2 sin filtrar

Tabla 5.6 Resumen de resultados de simulación Falla Característica

Rs (%) Rr (%) M (%) TL (%) No es posible la localización de

la falla de acuerdo a la tabla 5.1 99-70 - 99-98 - Es posible la localización de la

falla de acuerdo a la tabla 5.1 70-10 99-60 98-95 101-900 El controlador es inestable 10-0 60-0 95-0 900-en

adelante Se puede concluir que para cumplir con la estrategia presente en a tabla 5.1, el residuo dos se filtra para fallas en la resistencia de estator, en la resistencia de rotor y fallas en la inductancia mutua. En el caso de las perturbaciones debidas a las variaciones del par de carga, el coeficiente de fricción viscosa o la inercia, el residuo 2 no se filtra.

Capítulo 6

RECONFIGURACIÓN DE FALLAS EN

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