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

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

Aportes científico académicos - Memorias de la 1° Jornada de Aportes científico-académicos de la UNRaf

UNRaf Ediciones

Lugar: Rafaela (Santa Fe); Año: 2023; p. 94 - 95

Los accionamientos eléctricos (AE) de velocidad variable se utilizanampliamente en aplicaciones críticas que requieren altos niveles de desempeñoy confiabilidad como el transporte. En estas aplicaciones a partir devalores de referencia y señales de retroalimentación obtenidas de sensores develocidad y corriente, un sistema de control genera una secuencia de conmutaciónde las llaves de un inversor para regular la velocidad y par requeridospor la aplicación. Un AE debe presentar un diseño conservador para reducirla posibilidad de que ocurran fallas y evitar situaciones de riesgo para las personaso daños materiales. Particularmente para tracción, los AE se encuentranexpuestos a fuertes transitorios de aceleración y de frenado. Esto produceel incremento eventual de las corrientes y, por lo tanto, estrés térmicoque impacta sobre la vida útil de las llaves del inversor. Consecuentemente,hay una degradación de las llaves de potencia que puede resultar en fallas decortocircuito o fallas de circuito abierto.Las fallas de cortocircuito producen corrientes elevadas en un cortoperíodo de tiempo. Para este tipo de fallas se utilizan elementos de proteccióncomerciales, que permiten realizar la apertura del circuito y evitar dañosen otros componentes. Por otro lado, las fallas de circuito abierto producenla distorsión de las corrientes del estator y un componente de corriente continuaen la fase fallada y en las fases sanas. Debido a esto, se producen pulsacionesde par a la frecuencia de las corrientes del estator, que reducen el valormedio máximo del par desarrollado. Además, las componentes de continuageneran una tensión desigual en los transistores superior e inferior y puedencausar fallas secundarias en el inversor, por esto en períodos prolongadospueden llevar al apagado total del AE. Por lo tanto, para poder aplicar algunaacción correctiva ante la ocurrencia de fallas de circuito abierto, es indispensablecontar 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 esténbasadas en el procesamiento de las señales o en modelos matemáticos. Respectoa las primeras, una de las formas más utilizadas para la DLF de llaves esa partir de la detección de aumentos en las componentes de corriente continuade las fases. Estas estrategias basadas en señales presentan la desventajade requerir sensores o hardware redundante. Con respecto a las segundas,al contar con un modelo matemático de la planta, generan las estimacionesde las señales del AE, tales como las corrientes del estator que pueden ser deutilidad, tanto para el sistema de control como para la DLF en las llaves de linversor. Sin embargo, las estrategias de DLF que se encuentran en la literaturarequieren las mediciones de dos o tres corrientes de fase para realizar eldiagnóstico. Por esta razón, se desarrolló una estrategia de DLF de circuitoabierto en llaves que posee un único sensor de corriente de fase. Mediantesimulaciones numéricas demostró ser efectiva.