Aportacions a la modelització de la màquina d'inducció de gàbia d'esquirol

Abstract

En aquesta tesi es tracten en profunditat diversos aspectes sobre la modelització de la màquina d’inducció de gàbia d’esquirol. En el primer capítol, a partir dels paràmetres i de les característiques elèctriques i mecàniques pels fabricants d’aerogeneradors de velocitat fixa, s’analitza la bondat dels models lineals clàssics de la literatura: el model de simple gàbia i el model de doble gàbia. Els resultats de l’estudi permeten concloure que, el model de doble gàbia és més flexible i permet ajustar completament tots els requeriments. Aquests resultats teòrics, són validats en diferents motors de baixa potència. En el segon capítol s’analitza el comportament no lineal de la màquina degut a l’efecte de la saturació magnètica. L’assaig de diferents motors amb diferents nivells de saturació, mostra experimentalment que les corbes de parelllliscament i corrent-lliscament es veuen afectades pel grau de saturació de la màquina. Per modelitzar analíticament la saturació es proposa una funció que ajusta les mesures experimentals. Com a solució òptima es proposa la utilització del model de doble gàbia en el què la reactància de dispersió de l’estator és no lineal. En el tercer capítol, s’analitza el comportament de la màquina en la zona de fre i es presenten mesures experimentals que mostren que es deformen el alguns motors les corbes de parell-lliscament en aquesta zona de treball. Aquest efecte pot ser explicat per la presència d’harmònics de camp, motiu pel que els models lineals no són capaços de reproduir-lo. En aquest capítol s’analitza la presència d’aquests harmònics de camp i s’utilitza un esquema equivalent que ajusta de manera satisfactòria els resultats obtinguts al laboratori. Finalment en el quart capítol, s’analitzen els efectes dels sots de tensió en els aerogeneradors de velocitat fixa. S’estudia l’efecte del model de la màquina i de la debilitat o no de la xarxa a la què roman connectada la màquina quan aquesta es veu sotmesa a un sot de tensió. Es proposa alguns indicadors per avaluar l’estabilitat de la màquina en aquestes condicions.

This Thesis analyzes some aspects of the modelisation of the squirrel-cage induction machine. The first step analyzed is, from parameters and conditions given from a manufacturer of fixed-speed induction generators, the Thesis studies the classic linear models in the literature: the single- and double-cage induction machine models. The study results confirm that the double-cage model is able to fit all the requirements. Results of the theoretical study are also validated with experimental measurements obtained from several test in different motors. Secondly, the non-linear behavior of the induction machine due to the magnetic saturation has been treated. From experimental measurements, it could be demonstrated that the torque- and current-slip curves are affected by the saturation. In order to model this phenomenon, a magnetic saturation function is presented and its goodness is validated with the experimental data. To fit the torque- and current-slip curves, a steady-state equivalent circuit with a non-linear leakage stator reactance is presented as the best solution. The following step is to analyze the behavior of the induction machine in the braking regime. Measurements in these conditions are made, and they show how torque-slip curves are deformed with and high increase of the torque. This behavior cannot be reproduced by the single- and the double-cage model. One explanation of this phenomenon is the presence of space harmonics. In this chapter, space harmonics are presented and a justification of the equivalent chain single-cage circuit is made. With this steady-state equivalent circuit it is possible to estimate parameters that can fit the measurements made in laboratory. Finally, the Thesis analyzes the effects of the voltage sags in fixed-speed wind turbines which are based in squirrelcage induction machines. For this task, the effects of the modelisation of the induction machine and the weakness of the grid are studied. In this point, some indicators are presented to evaluate the stability of the machine in these conditions.