Diagnostico de fallas en maquinas electricas rotativas usando inyeccion de señales

Abstract

En la presente tesis se propone una t´ecnica que permite detectar y diagnosti- car fallas incipientes en m´aquinas el´ectricas rotativas. Estas m´aquinas se encuentran ampliamente difundidas en los ambientes industriales, donde se estima que represen- tan cerca del 70 % de la energ´?a el´ectrica consumida. A pesar de la robustez de estas m´aquinas, la aparici´on de fallas en las mismas puede llevar a paradas no programadas de los procesos productivos. El diagn´ostico de fallas incipientes permite planificar ac- ciones de mantenimiento, reducir los costos de reparaci´on y tambi´en evitar accidentes y paradas no programadas. Existen numerosas propuestas para el diagn´ostico de fallas en m´aquinas el´ectri- cas rotativas, pero muchas encuentran diversas limitaciones para realizar un correcto diagn´ostico. El principal problema de las t´ecnicas tradicionales es que se basan en las variables involucradas en la excitaci´on fundamental de la m´aquina, tensi´on y corrien- te, lo que complica el diagn´ostico de fallas en aquellas m´aquinas accionadas mediante inversores que operan con un control de corriente a lazo cerrado. Esto sucede debido a que el control puede enmascarar los efectos que las fallas incipientes generan so- bre las variables medidas. Para sobrepasar este problema se han propuesto t´ecnicas basadas en la inyecci´on de se?nales exploradoras, obteniendo entonces estrategias de diagn´ostico que se encuentran desacopladas de las tensiones y corrientes fundamenta- les de excitaci´on de la m´aquina. A pesar de la fortaleza de estas t´ecnicas y los buenos resultados que se han obtenido haciendo uso de las mismas, hay tres aspectos que a´un no se han logrado resolver. El primero y principal es que a´un no se han presentado resultados donde estas t´ecnicas sean capaces de detectar fallas en m´aquinas operando a velocidad variable en el tiempo y con carga variable en el tiempo, los cuales son mo- dos de operaci´on muy comunes en algunas aplicaciones como por ejemplo la tracci´on en veh´?culos el´ectricos o la generaci´on de energ´?a en generadores electro-e´olicos. Otro aspecto no resuelto es que la mayor´?a de las t´ecnicas de inyecci´on encontradas en la bibliograf´?a requieren, para realizar la inyecci´on, de modificar en algunos instantes de tiempo la acci´on de control del inversor que alimenta a la m´aquina, o requieren el uso de equipamiento adicional que realice la inyecci´on. Por ´ultimo, se ha demostrado que vii la inyecci´on de se?nales adicionales produce perturbaciones en el par de la m´aquina, lo cual no es deseable porque esto se traduce en un mal funcionamiento de la m´aquina y se generan p´erdidas adicionales. En la presente tesis se desarrolla una t´ecnica de inyecci´on de se?nales para el diagn´ostico de fallas en m´aquinas el´ectricas rotativas que sobrepasa las dificultades mencionadas anteriormente. Se propone la inyecci´on de una se?nal adicional sin nece- sidad de modificar la acci´on del control, ni la modulaci´on del inversor que alimenta la m´aquina. Se busca que las perturbaciones que la inyecci´on de esta se?nal adicional genere sean de menor impacto que las t´ecnicas convencionales, y principalmente se busca resolver el problema de detectar y diagnosticar fallas en m´aquinas operando a velocidad y carga variables en el tiempo. Para esto se propuso que la inyecci´on de esta se?nal adicional consista en la aplicaci´on de los vectores nulos sobre la m´aquina, vectores presentes en una modulaci´on vectorial est´andar. Esto se logr´o mediante la conexi´on del neutro del motor conectado en estrella con el punto medio de la alimen- taci´on de corriente continua del inversor. Esta conexi´on cuenta con un filtro pasivo del tipo pasa-banda, que reduce la circulaci´on de las corrientes de secuencia cero de baja frecuencia, dando s´olo paso a las componentes de alta frecuencia propias de la modulaci´on. Se analizaron las se?nales resultantes de la inyecci´on, en b´usqueda de encontrar indicadores de la presencia de fallas incipientes. Se realiz´o la detecci´on de distintos tipos de fallas, como lo son cortocircuitos entre espiras del estator y la pre- sencia de barras rotas en el rotor de motores de inducci´on. Por las caracter´?sticas de la estrategia propuesta, se entiende que la aplicaci´on de esta t´ecnica ser´?a extrapolable al diagn´ostico de fallas en otras m´aquinas el´ectricas rotativas, as´? como tambi´en al diagn´ostico de otro tipo de fallas. A lo largo del desarrollo de esta tesis se muestran resultados anal´?ticos, de simu- laci´on y experimentales que permiten validar la estrategia de diagn´ostico de fallas propuesta. Finalmente se desarrollan conclusiones y se proponen trabajos futuros.