MODELADO DEL SISTEMA DE CONTROL DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS Y SU IMPLEMENTACIÓN EN SISTEMAS DE SIMULACIÓN TIPO "HARDWARE IN THE LOOP" PARA EL DESARROLLO Y VALIDACIÓN DE TÉCNICAS DE DIAGNÓSTICO

Abstract

[ES] Actualmente, la utilización de las máquinas eléctricas rotativas (y, en particular, de las máquinas de inducción) se extiende por todo tipo de sectores y procesos industriales conocidos, por lo que resulta imprescindible realizar un correcto mantenimiento de estas, dado que el fallo repentino de una máquina puede resultar en cuantiosas pérdidas económicas, así como en potenciales riesgos para los empleados y para otros elementos de la instalación. Ante esta situación, la comunidad investigadora se ha interesado por diferentes técnicas y métodos que permitan realizar un mantenimiento predictivo de estas máquinas, donde las simulaciones hardware-in-the-loop (HIL) destacan por su versatilidad y bajo coste computacional. El presente trabajo surge de un proyecto propuesto por la Fundación Elecnor, en cooperación con el Departamento de Ingeniería Eléctrica (DIE) de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV), y sirve como primera aproximación al desarrollo de un banco de ensayos virtual que permita simular en tiempo real, mediante procesadores tipo hardware-in-the-loop, distintos tipos de máquinas eléctricas rotativas con diferentes tipos y grados de fallo y bajo un amplio abanico de condiciones de funcionamiento. Esto permitiría reducir en gran medida el número de ensayos destructivos necesarios en la actualidad y obtener de forma fiable distintos niveles de confianza ante situaciones de fallo de máquinas eléctricas. Así, en este trabajo se ha llevado a cabo el modelado y simulación en tiempo real del sistema de control que permitirá adecuar el funcionamiento de las máquinas eléctricas a las condiciones especificadas por el usuario. Dicho control se lleva a cabo, tal y como ocurre en la mayoría de las industrias de la actualidad, a través de un variador de frecuencia que interconecta la máquina eléctrica rotativa con la red eléctrica trifásica, en cuyo interior se ejecuta la lógica de control que determina el disparo de los elementos semiconductores presentes en él.

[CA] Actualment, la utilització de les màquines elèctriques rotatives (i, en particular, de les màquines d'inducció) s'estén per tot tipus de sectors i processos industrials coneguts, per la qual cosa resulta imprescindible realitzar un correcte manteniment d'aquestes, atés que la fallada sobtada d'una màquina pot resultar en quantioses pèrdues econòmiques, així com en potencials riscos per als empleats i per a altres elements de la instal·lació. Davant aquesta situació, la comunitat investigadora s'ha interessat per diferents tècniques i mètodes que permeten realitzar un manteniment predictiu d'aquestes màquines, on les simulacions hardware-in-the-loop (HIL) destaquen per la seua versatilitat i baix cost computacional. El present treball sorgeix d'un projecte proposat per la Fundació Elecnor, en cooperació amb el Departament d'Enginyeria Elèctrica (DIE) de la Universitat Politècnica de València (UPV), i serveix com a primera aproximació al desenvolupament d'un banc d'assajos virtual que permeta simular en temps real, mitjançant processadors tipus hardware-in-the-loop, diferents tipus de màquines elèctriques rotatives amb diferents tipus i graus de fallada i sota un ampli ventall de condicions de funcionament. Això permetria reduir en gran manera el nombre d'assajos destructius necessaris en l'actualitat i obtindre de forma fiable diferents nivells de confiança davant situacions de fallada de màquines elèctriques. Així, en aquest treball s'ha dut a terme el modelatge i simulació en temps real del sistema de control que permetrà adequar el funcionament de les màquines elèctriques a les condicions especificades per l'usuari. Aquest control es duu a terme, tal com ocorre en la majoria de les indústries de l'actualitat, a través d'un variador de freqüència que interconnecta la màquina elèctrica rotativa amb la xarxa elèctrica trifàsica, en l'interior de la qual s'executa la lògica de control que determina el tret dels elements semiconductors presents en ell.

[EN] Currently, the use of rotary electrical machines (and, in particular, induction machines) extends throughout all known sectors and industrial processes, so it is essential to maintain them correctly, because a machine's sudden failure can result in significant economic losses, as well as potential risks to employees and other elements of the facility. Faced with this situation, the research community has been interested in different techniques and methods that allow to perform a predictive maintenance of these machines, where hardware-inthe-loop simulations stand out for their versatility and low computational cost. This work arises from a project proposed by the Elecnor Foundation, in cooperation with the Department of Electrical Engineering (DIE) of the Polytechnic University of Valencia (UPV), and serves as the first approach to the development of a virtual test bench allowing to simulate in real time, using hardware-in-the-loop processors, different types of rotating electrical machines with different types and degrees of failure and under a wide range of operating conditions. This would greatly reduce the number of destructive tests needed today and reliably obtain different levels of confidence in electrical machine failure situations. Thus, in this work, the real-time modeling and simulation of the control system has been carried out that will allow the operation of the electrical machines to be adapted to the conditions specified by the user. This control is carried out, as in most industries today, through a frequency inverter that interconnects the rotary electric machine with the three-phase electrical grid, within which the control logic that is executed is executed determines the firing of the semiconductor elements present in it.