¿Puedo conducir un motor de inducción trifásico con este método?

Tengo una idea para conducir motores de inducción de una manera nueva. Yo lo llamo Variable Torque Drive (VTD). Todos están familiarizados con VFD que utilizan frecuencia variable y tratan de mantener el par constante. Este método es viceversa. Dejame explicar.

programa 1

Supongamos que tengo esta extraña configuración delta para impulsar las bobinas de fase. Tenga en cuenta que puedo controlar la amplitud RMS de las corrientes de accionamiento como en la figura de la derecha. Por alguna razón no puedo cambiar la frecuencia, pero tengo control total sobre la amplitud. Está viendo la forma de onda de cada corriente de fase en la figura. Como sabe, SI aumenta las corrientes de fase, aumenta el par.

Ahora supongamos que tengo una frecuencia constante a 100 Hz y puedo entregar corrientes de 0 a 100 amperios RMS. Intente dejar de lado lo que ya sabe sobre los métodos clásicos de conducción. Como dije, tengo control total sobre la amplitud y si no permito el flujo de corriente en las bobinas de campo, no fluirá ninguna corriente.

Entonces, dado que puedo conducir bobinas de campo a 100 Hz, su velocidad sincrónica es 100 * 60 = 6000 RPM máx. Ahora digamos que quiero conducir un motor cargado en 10 rad/s. La carga es de 10 KN y puedo entregar hasta 20 KN a la carga. También tengo sensores de velocidad en el lado del rotor. Primero entregaré 15 KN a la carga, y cuando alcanzo una velocidad cercana a 10 rad/s, reduzco la potencia entregada a 5 KN, luego, después de que la velocidad disminuya a un nivel por debajo de 10 rad/s, luego la aumento a 12 KN, luego 8 KN y así sucesivamente hasta que regule adecuadamente la velocidad a 10 rad/s. Vea la siguiente figura para entenderlo mejor.

programa 2

La pregunta es, dado que mi velocidad síncrona es de 6000 RPM, ¿puedo manejar un motor de inducción con este método y controlar la velocidad de 0 a 5880 RPM (supuse que el deslizamiento podría ser del 2 %). Si es así, ¿existe tal método? Si no, por favor explica por qué. Gracias.

Este es el método utilizado antes de que VFD estuviera disponible. No es factible porque controlar la amplitud requiere descargar grandes cantidades de calor. También solo funciona con unidades asíncronas.
@Christian Todo el mundo me sigue hablando del calor. El calor proviene del flujo de corriente a través de las bobinas de campo y la corriente de Foucault en el rotor, ¿verdad? Lo que no entiendo es que si tiene una carga de 10 KN, de todos modos tiene que entregar corrientes de fase para 10 KN, entonces, ¿por qué tengo calor de descarga? En todo caso, recibo retroalimentación de los sensores de velocidad para saber cuándo aumentar o disminuir la amplitud actual, por lo que creo que este método es térmicamente mejor que los clásicos. Además, no uso resistencias para controlar la amplitud, tengo un mecanismo un poco más complejo.
carga de 10 kelvin-newton?
@winny ¡Oh, vamos! Sabes que es Kilo Newton.
Eso es una fuerza, no un torque.
@ Alper91, ¿cómo controlas la amplitud? Dijiste que no querías hablar de eso, pero es el núcleo del problema.
@Christian Tomó casi 6 meses diseñar un controlador tan complejo. ¿Cómo esperas que te lo explique en unas pocas frases? Todo lo que puedo decir es que utilizo un inversor y controlador especial que me permite detener/arrancar y controlar la corriente, puede conducir un automóvil con una batería de 48 V (en teoría) y es para aplicaciones de motor de inducción alimentado por batería. Por ejemplo, los coches eléctricos. De todos modos, este no debería ser el problema, lo que necesito saber es si hay algún error en el concepto. Espero solicitar una patente para esto y necesito conocer todos los argumentos en contra sobre el concepto.
De acuerdo. En ese caso no tengo nada más que añadir que pueda serte de utilidad.
@ Alper91 Cosas interesantes. Varías la amplitud y no la frecuencia. Bueno, todavía necesitas algún tipo de inversor. Has mostrado esto, pero si haces una frecuencia constante, ¿eso ahorra centavos? A baja velocidad, la forma en que la gente entenderá esto es que pensarán que no es frugal con la batería. ¿De alguna manera extraes la energía del rotor a través del inversor? ¿Es esta tu razón para usar el inversor de triple puente que no es fácil? en el sporren? Estoy viendo su publicación y rezo para que no sea votada negativamente. ¿Ha medido la eficiencia de su motor?
@Autistic gracias, espero lo mismo. Este método ahorra muchos centavos. Bueno, al menos en simulaciones. Todavía no he medido la eficiencia porque acabo de diseñar el controlador y enviarlo a producción y todavía necesito encontrar un buen motor de inducción pequeño para probar mi controlador. Pedí uno en línea, pero fue inútil porque mi método requiere un motor de inducción con inductancia de fase pequeña, pero el que recibí tenía 250 mili Henries. Los motores de automóviles Tesla (motor de inducción) tienen muy pocas inductancias (200 uH). Mi controlador es muy eficiente y requiere menos niveles de voltaje que otros en el mercado.
@Autistic Entiendo que para este campo en particular (automóviles eléctricos) necesito contar 3 parámetros, carga del motor, par y velocidad. Se combinaron en una ecuación diferencial de 3 variables de tercer grado. Pero para los sistemas electrónicos no debería ser un problema. Mi algoritmo es simple. Si desea una velocidad (por debajo de la velocidad síncrona) comience a aumentar las corrientes de fase, y cuando la exceda comience a disminuir, cuando la velocidad disminuya comience a aumentar las corrientes. El sistema eventualmente entrará en un régimen estable.
@Autistic No uso ningún equipo especial para enfriar el rotor. La razón por la que uso esta configuración (suponga que se refirió a la configuración delta con 3 controladores separados) es que tengo 3 controladores para cada fase. Un conductor impulsa una fase. No hay nada que pueda hacer al respecto. Es esencial para la operación.

Respuestas (2)

En los últimos 25 años ha habido una enorme cantidad de evolución y tecnología que se ha dedicado al control de variadores de frecuencia trifásicos. Discutir cualquier detalle sobre cómo hacerlo con un método nuevo o mejor excede el alcance de un foro como este, pero sería una buena base para una tesis doctoral.

Un buen punto de partida en su estudio es el control de modo vectorial, que suele ser uno de los 3 modos estándar para ejecutar una unidad VFD estándar.

El par constante es un modo estándar en la mayoría de los VFD, PERO si está hablando de un motor de 50 o 60 hz, ¿por qué elegiría funcionar a 100 hz A MENOS QUE tuviera una reducción en el requisito de par en su rango de 60 hz - 100 hz? Según mi experiencia, cada motor trifásico clasificado a una velocidad base de 60 Hz tiene una reducción en la capacidad de torsión para velocidades superiores a 60 Hz.

También querrá leer un poco y estudiar la curva de par de torsión, que ha sido un elemento básico en la teoría del motor y en los manuales de motores durante 75 años. Si comprende bien cómo los modos de control vectorial manipulan esta curva de par a varias velocidades, tendrá una base con la que empezar.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Gracias por la respuesta. Pero siento que insinúas que esto no va a funcionar. De hecho, creo que comprendí el método de control vectorial y puedo ver que en FOC, el inversor responde con respecto al cambio en el deslizamiento. Lo hace mediante el control de la frecuencia y la amplitud, pero en FOC, el control de amplitud es muy limitado, mientras que el control de frecuencia tiene un amplio rango. Tengo una respuesta común de todos de que incluso este método funciona, fallará térmicamente. Quiero entender por qué? Parece que el único obstáculo en el método es la gestión térmica. Y todavía no lo entendí.
No estoy abordando el problema del calor térmico. Cuestiono su capacidad para obtener una cantidad significativa de par constante a velocidades superiores a 60 hz. He configurado motores de gran potencia para que funcionen en el rango de 60 a 80 Hz y estas aplicaciones siempre comienzan con el entendimiento de que las velocidades en esos rangos requieren menos par que el motor. ¿Puede hacer una prueba para graficar la capacidad de torque en los rangos de velocidad por encima de 60 hz? Si el par en el gráfico cae entre 60 y 100 hz, su modo no sería un par constante.

La velocidad de un motor de inducción solo se puede controlar cambiando la velocidad síncrona cambiando la frecuencia de la potencia suministrada o cambiando el deslizamiento del motor. El método que ha descrito es un medio para cambiar el deslizamiento del motor. La mayor parte del calor producido en un motor de inducción es calor producido en el rotor debido al deslizamiento. El calor producido en el rotor es el porcentaje de deslizamiento multiplicado por la potencia transferida del estator al rotor. Esa es la razón por la que controlar la velocidad usando ese método solo tiene un uso limitado, principalmente para controlar la velocidad de pequeños ventiladores.

Esto se ilustra y explica en mi respuesta a: Esta pregunta

Gracias por la respuesta. Pero para aumentar el deslizamiento, también tengo que disminuir el par, por lo que la corriente de fase, por lo que la transferencia de potencia al rotor. ¿No compensa la descarga de calor?
Ver enlace agregado a mi respuesta. Es una cuestión de cuánta potencia requiere la carga.
@ charles cowie Si es para un automóvil, necesita un buen par de torsión bajo, a menos que desee que un embrague patine. De lo contrario, el automóvil no quitaría la piel de un arroz con leche de tres días. ¿Somos todos los faresías y nos estamos perdiendo? algo ?
@Autista Sí. El control de los motores de inducción aumentando el deslizamiento no es bueno para ninguna carga que requiera un par de baja velocidad. Las únicas cargas de este tipo son los ventiladores y las bombas centrífugas.
¿Puedo conducir un motor de inducción trifásico con este método?
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