Estrategia de detección y localización de fallas en las llaves de un accionamiento eléctrico con un único sensor de corriente de fase

FACUNDO AGUILERA; CRISTIAN H. DE ANGELO; PABLO M. DE LA BARRERA; LUIS ESTEBAN VENGHI; LUIS I. SILVA

Rafaela, Santa Fe, Argentina

Jornada; 1a Jornada de Aportes científico - académicos de la UNRaf; 2022

Universidad Nacional de Rafaela

Los accionamientos eléctricos (AE) de velocidad variable se utilizan ampliamente en aplicaciones críticas que requieren altos niveles de desempeño y confiabilidad como el transporte. En estas aplicaciones a partir de valores de referencia y señales de retroalimentación obtenidas de sensores de velocidad y corriente, un sistema de control genera una secuencia de conmutación de las llaves de un inversor para regular la velocidad y par requeridos por la aplicación. Un AE debe presentar un diseño conservador para reducir la posibilidad de que ocurran fallas y evitar situaciones de riesgo para las personas o daños materiales. Particularmente para tracción, los AE se encuentran expuestos a fuertes transitorios de aceleración y de frenado. Esto produce el incremento eventual de las corrientes y, por lo tanto, estrés térmico que impacta sobre la vida útil de las llaves del inversor. Consecuentemente, hay una degradación de las llaves de potencia que puede resultar en fallas de cortocircuito o fallas de circuito abierto. Las fallas de cortocircuito producen corrientes elevadas en un corto período de tiempo. Para este tipo de fallas se utilizan elementos de protección comerciales, que permiten realizar la apertura del circuito y evitar daños en otros componentes. Por otro lado, las fallas de circuito abierto producen la distorsión de las corrientes del estator y un componente de corriente continua en la fase fallada y en las fases sanas. Debido a esto, se producen pulsaciones de par a la frecuencia de las corrientes del estator, que reducen el valor medio máximo del par desarrollado. Además, las componentes de continua generan una tensión desigual en los transistores superior e inferior y pueden causar fallas secundarias en el inversor, por esto en períodos prolongados pueden llevar al apagado total del AE. Por lo tanto, para poder aplicar alguna acción correctiva ante la ocurrencia de fallas de circuito abierto, es indispensable contar con una estrategia de detección y localización de fallas (DLF) que permita identificar su origen en el inversor. Las estrategias de DLF en las llaves se pueden clasificar según estén basadas en el procesamiento de las señales o en modelos matemáticos. Respecto a las primeras, una de las formas más utilizadas para la DLF de llaves es a partir de la detección de aumentos en las componentes de corriente continua de las fases. Estas estrategias basadas en señales presentan la desventaja de requerir sensores o hardware redundante. Con respecto a las segundas, al contar con un modelo matemático de la planta, generan las estimaciones de las señales del AE, tales como las corrientes del estator que pueden ser de utilidad, tanto para el sistema de control como para la DLF en las llaves del inversor. Sin embargo, las estrategias de DLF que se encuentran en la literatura requieren las mediciones de dos o tres corrientes de fase para realizar el diagnóstico. Por esta razón, se desarrolló una estrategia de DLF de circuito abierto en llaves que posee un único sensor de corriente de fase. Mediante simulaciones numéricas demostró ser efectiva.