Parameter Factor

Ahora, que ya se tiene una idea de lo que es el “cubo de potencias”, se puede echar un vistazo a su programación.

La forma de desplegar una gráfica tridimensional es usando el Curve.vi. Esta función, acepta un arreglo que contiene los valores para “x”, otro para los valores de “y” y otro para los valores de “z”; no obstante, en éstos arreglos, sólo se puede especificar los puntos para una sola gráfica. A menos que los distintos tipos de potencia fueran graficados de una vez (renunciando a la posibilidad de discernirlos mediante colores), éstos podrían ser graficados sin mayor complicación.

Pero, la adquisición y monitoreo en este trabajo, está diseñado para captar la información de una manera rápida; luego entonces, el color es necesario.

Para poder cambiar el color de los distintos segmentos de línea recta que representan las potencias, es necesario configurar las cinco gráficas (ver figura 9.6.1). Primero, la configuración se lleva a cabo dentro de una estructura Flat Sequence (se usa ésta estructura y no la Staked Sequence porque sólo se necesita que el marco de configuración, se ejecute primero que el Curve.vi). Con la propiedad Plots, se indica que se modificarán las gráficas. El configurado individual de cada segmento que representa a alguna potencia, se hace dentro de un ciclo For que se ejecuta cinco veces para poder configurar los cinco segmentos. Con el método Add se indica que se añadirá una nueva gráfica (en nuestro caso

segmento). Con una función de suma, se convierte la secuencia dada por el For 0,1,2,3,4 a la secuencia 1,2,3,4,5 para que, con el método Item, se indique qué gráfica será la configurada. Con una estructura case, se van dando los colores para cada cuenta dada por el For; así, 1=rojo, 2=azul, 3=verde, 4=amarillo y “default =rosado”. Con la función Convert OLE Color.vi se convierten tales colores usados por LabVIEW a colores usados por ActiveX. Después, usando las propiedades LineColor, LineStyle y LineWith, se establece la configuración para el color, estilo de línea sólido y grosor cuatro, respectivamente. Luego, usando la propiedad ColorMapStyle, se indica que no se quiere ningún mapa de colores. Por último se cierran las tareas asociadas con los objetos ActiveX usando un Close Reference.

Figura 9.6.1 Configuración para el Curve. vi.

Una vez que se han configurado las propiedades de los segmentos, se puede proceder a la programación para su despliegue.

De manera similar como se procedió con el despliegue de los fasores, sólo se necesitan 2 puntos para el despliegue de cada segmento, el inicial, y el final. La figura 9.6.2, muestra cuatro coordenadas importantes con las que se construyen los segmentos; por ejemplo, para graficar la potencia real P, se parte del punto (x=0,y=0,z=0) al punto (x=P,y=0,z=0).

Ahora bien, para que el Curve.vi sea capaz de desplegar los cinco segmentos al mismo tiempo, lo que se hace es construir un For en donde se tengan disponibles las coordenadas para desplegar los cinco segmentos y mediante una estructura Case, se hace un multiplexado para desplegar los 5 segmentos, uno por uno, a medida que la cuenta del For avanza (ver figura 9.6.3).  

Figura 9.6.3 Multiplexado entre segmentos, (se muestra el caso para el despliegue de la potencia real).

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

GENERALES

Los cálculos matemático-eléctricos que caracterizan a un motor trifásico pueden ser difíciles para poder ser realizados a mano y en poco tiempo por una persona interesada en dar observaciones a cerca de éste; y si se considera que en ocasiones se necesita que esos cálculos sean realizados al momento, bajo el efecto de armónicos dados por el suministro eléctrico, fallas o construcción misma del motor o uso de un dispositivo controlador; entonces, se volvería casi imposible. Afortunadamente, en esta tesis se ha logrado implementar un sistema de monitoreo integral, que contempla análisis en tiempo, frecuencia, fasores, vectores y potencia; para así poder dar mediciones acertadas y de forma rápida a cerca de una máquina eléctrica trifásica.

Su aplicación, podría ser académica, para que los alumnos puedan entender los fenómenos eléctricos, como los son: los desfasamientos entre voltajes y corrientes bajo cargas inductivas, las señales portadoras dadas por un controlador de voltaje, los ángulos de fase y las secuencias en los fasores fundamentales y armónicos, las proyecciones real e imaginaria y trayectorias de los vectores, además de las potencias reales, reactivas, aparentes y de distorsión.

Otra aplicación podría ser la industrial, ya que existen procesos en los que requiere un par constante. Un instrumento de medición como el desarrollado en esta tesis, podría ser útil en la toma de decisiones como lo son: la instalación de filtros de armónicos en la alimentación eléctrica o un mejor dimensionamiento de la potencia de los motores o controladores de voltaje. Si por ejemplo, en una la línea de producción, un motor trifásico perdiera una fase, el motor seguiría girando pero con mucha vibración y con sólo dos tercios de su potencia; además, tendría mucha vibración, el operario difícilmente se daría cuenta por el ruido de la fábrica; probablemente, no sería sino hasta observar la mala calidad del producto en donde se empezarían a revisar los elementos que integran la línea, entre ellos, los motores. Para instalar éste instrumento en la industria, bastaría con cambiar los sensores de voltaje, de corriente y las ganancias programadas (ya que comúnmente se tienen miles de volts en la red de alimentación industrial).

ESPECÍFICAS

CAP 2.- Se ha logrado de demostrar el porqué de utilizar una conexión estrella en el motor trifásico, ya que si se tuviera una conexión delta, dada una alimentación con PWM, las formas de onda de fase, no podrían ser reconstruidas. Se ha justificado el uso de un motor 3φ de cuatro polos, ya que los motores de CD que pueden girar a grandes velocidades (3600rpm), son difíciles de conseguir.

CAP 3.- Se ha simulado el efecto que tiene un PWM de un pulso, tres pulsos y cinco pulsos sobre el efecto de las armónicas, y se han diseñados los filtros de entrada tomando en cuenta esos efectos. Se ha

argumentado que se necesitan filtros con respuesta plana tanto en magnitud como en fase y por lo tanto, el porqué de utilizar filtros análogos butterworth.

CAP 4.- Se ha propuesto una forma de relacionar la frecuencia de muestreo, el periodo de la señal de entrada y el número de muestras, mediante una fórmula matemática. Se ha discutido el uso de la autocorrelación como método para conocer la frecuencia de una señal y así poder recortar y analizar un solo periodo de señal, con la finalidad de no introducir métodos que pueden mitigar el error en las mediciones, pero no eludirlo; como las ventanas. También, se ha logrado utilizar la tarjeta de adquisición de datos a la máxima capacidad conveniente para el buen desempeño del software.

CAP 5.- Se ha logrado desplegar de forma sincronizada las seis señales en el tiempo, bajo condiciones de armónicos de alto orden (PWM) y condiciones de alimentación senoidal. Se logrado proponer un estilo de programación para un botón de “autoscale”, que ayuda a obtener de manera rápida una buena visualización en el tiempo y a obtener cálculos más precisos.

CAP 6.- Se conseguido un despliegue “limpio” del espectro de frecuencias; alcanzándose a mostrar con gran nitidez, las señales portadoras de un PWM comercial. Se ha esclarecido la diferencia entre un espectro dado en valor efectivo y otro dado en amplitud.

CAP 7.- Se han desplegado de una forma agradable, los fasores fundamentales y armónicos, bajo condiciones de alimentación senoidal y PWM. Se ha graficado fasorialmente los efectos que trae consigo el hecho de cargar al motor, y que algunos fasores armónicos pueden tener un sentido de rotación contraria al sentido de rotación de las componentes fundamentales. Se ha visualizado al motor desde el punto de vista del desbalance.

CAP 8.- Se ha podido establecer un análisis vectorial más general. Se han discutido las formas de onda de las componentes reales e imaginarias. Se ha propuesto una técnica de programación para la visualización de los vectores para graficarlos girando a una menor velocidad.

CAP 9.- Se ha demostrado matemáticamente, la igualdad entre métodos sofisticados, como la correlación cruzada y los métodos tradicionales para el cálculo de potencia. Se han mostrado técnicas para la medición de potencia bajo condiciones de voltaje distorsionado. Se ha desarrollado una técnica programática para desplegar potencias en tercera dimensión.

TRABAJO FUTURO

El trabajo realizado en esta tesis, puede ser mejorado si:

1.- Se midiera la velocidad en flecha en el motor de inducción. Al principio, ésta medición estaba contemplada, pero sólo se tenía disponible un tacómetro análogo, que entrega un voltaje de CD proporcional a la velocidad. El problema que se encontró con éste instrumento fue que generaba muchísimo ruido (debido a las conmutaciones de su armadura). Este ruido de alguna manera entraba a las demás señales provocando mediciones erróneas. Se probaron filtros en base a Op-amp con transistores bipolares y en base a jfet. Se intentó quitar el ruido con filtros EMI, que atenuaron el ruido en gran medida, pero no lo suficiente. La solución está en medir la velocidad con un encoder de pulsos, ya que estos generan señales digitales precisas con las que se podría estimar además de la velocidad en el rotor, el deslizamiento. Al adquirir un encoder de pulsos, se recomienda analizar la frecuencia de los pulsos en el rango de velocidades en que el motor va a ser utilizado. Un encoder con pocos pulsos por revolución podría dar una medición de velocidad no muy buena; por el contrario, si se adquiere un encoder con muchos pulsos por revolución, el software podría no ser capaz de contar los pulsos.

2.- Se monitorea la temperatura del motor, ya que el motor puede tener cojinetes desgastados, que a final de cuentas generan fricción. Las corrientes armónicas, no generan trabajo útil, y sin embargo al transitar por los devanados, generan calor y por ende, pérdida progresiva del aislamiento en éstos.

3.- Se evaluara la vibración en los ejes “x”, “y” y “z”, ya que un torque variable a final de cuentas, causa vibración, y considerando una línea de producción, el producto podría tener una calidad deficiente. 4.- Se midiera el torque con un medidor de par externo, para poder compara los resultados con el par calculado en base a las corrientes y voltajes.

5.- Se considerara utilizar un motor trifásico de rotor devanado que tuviera las terminales del rotor disponibles, para así poder comparar las variables del rotor (corrientes, voltajes y flujos), con los del estator.

6.- Se pudiera controlar el campo del motor de CD de carga, desde el software, para poder someter al motor trifásico a cargas variables en el tiempo.

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