ATP'1-vii-a

Curso de actualizacin y formacin profesional: ATP2001-1Simulacin de mquinas elctricas (introduccin)Simulacin de mquinas elctricas (introduccin)

FUNINDES-USB-UTN ATP2001-1 - TemaVII - pgina- 1

Universidad Simn BolvarUniversidad Simn BolvarCaracas Caracas -- VenezuelaVenezuela

Universidad Tecnolgica NacionalUniversidad Tecnolgica NacionalFacultad Regional Santa FeFacultad Regional Santa Fe

FUNINDES FUNINDES --USBUSB

ATP1-VII - N 1

Cursos de actualizacin y formacin profesional: ATP2001Cursos de actualizacin y formacin profesional: ATP2001--11

IntroducciIntroduccin al uso del programa ATP/ EMTP en la n al uso del programa ATP/ EMTP en la simulacisimulacin de sistemas eln de sistemas elctricos de potencia e ctricos de potencia e

industrialesindustriales

GISEPGISEP--UTNUTNGrupo de investigacin en sistemasGrupo de investigacin en sistemas

elctricos de potenciaelctricos de potencia

SIEPSIEP--CTECTE--USBUSBGrupo de investigacin en sistemasGrupo de investigacin en sistemas

industriales de electrnica de potenciaindustriales de electrnica de potencia

y Dpto. de Conversin y Transporte de Energay Dpto. de Conversin y Transporte de Energa

0 2 4 6 8 1 12 14

-

-

-

t




ATP1-VII - N 2




Simulacin de mquinas elctricas Simulacin de mquinas elctricas (introduccin)(introduccin)



ATP1-VII - N 3FUNINDES-USB-UTN: Introduccin al uso del programa ATP/ EMTP en la simulacin

de sistemas elctricos de potencia e industriales ATP20011, Marzo 2001

Temas a analizarTemas a analizar

l Breve introduccin: ejemplos sencillos para simular el motor de induccin.

l Estudio detallado del modelo MQUINA UNIVERSAL

l Estudio detallado del modelos TIPO59 para la MQUINA SINCRNICA

NOTA IMPORTANTEEl material sobre mquinas elctricas que se presenta en este tema es igual para los cursos ATP2001 y ATP20012. En el curso ATP20011: se har una introduccin al tema para luego en el curso ATP20012 profundizarlo (empleando el mismo material de apoyo).



Mquina de Induccin (MI)Mquina de Induccin (MI)Resumen de los casos de estudioResumen de los casos de estudio

l MI001.dat

Simulacin de un MI en rgimen permanente (red elctrica)

l MI002.dat

Simulacin de un MI mediante la declaracin 19 de la mquina universal (UM): clculo inicial (inicializacin)

l MI003.dat

Arranque de un MI (declaracin 19 - UM) y escaln de carga.





Mquina de Induccin (MI)Mquina de Induccin (MI)Datos de un motor tipo industrialDatos de un motor tipo industrial

l 100 Hp - 4 Polos - 460 V - Conexin Y

l Rotor de jaula de ardilla

l s (deslizamiento) = 0,03 = 3 %

Datos mecnicos:

J = 5 Kg*m2

B= 0,075 N*m/rad/seg

Parmetros elctricos:

Re = 0,095 W Rr`= 0,075 WLe = 0,5 mH Lr`= 0,4 mHLm= 16 mH



Ejemplo: MI001.Ejemplo: MI001.datdat(EMTP)(EMTP)Circuito elctrico en rgimen permanente de un MICircuito elctrico en rgimen permanente de un MI

1MW ~

SRA 95 mW 0,5 mH 0,4 mH

16 mH 2,5 W

MID

SRA = 375,59*SEN(377*t) v





l El sistema mecnico se simula a travs de un circuito elctrico anlogo donde (w v , T i):

Se puede usar Se puede usar tambitambin el modelos de lan el modelos de laMquina Universal (UM)Mquina Universal (UM)

( ) ( )

r

12 12 1 2 212 2 11

d dvT J i C

dt dt1

T B i vR

1T k dt i v

J C

1B

R1

ktL

v dL

w= =

= w =

= w - w

= -

l Existen dos formas de inicializar la declaracin #19 (MI): la inicializacin automtica y la manual.



Ejemplo: MI002.Ejemplo: MI002.datdat(EMTP)(EMTP)Declaracin 19 (Mquina Universal Declaracin 19 (Mquina Universal -- UM) para UM) para

modelar el circuito elctrico del MImodelar el circuito elctrico del MI

1 MW ~

SRA 1 mWRama magnetizante:Lmd= Lmq= 16

Estator:Re = 95 Le = 0,5 < mH>

Rotor:Rr`= 75 Lr`= 0,5

Motor de Induccin (UM)

VSB

VSA

VSC

SRA= 375,59* Sen(377t) V





Mquina Universal (UM)Mquina Universal (UM)

l La inicializacin automtica:

genera los resultados de las variables de rgimen permanente,

el par mecnico (de carga) no se considera y es necesario especificar un deslizamiento para que el ATP/EMTP resuelva las ecuaciones fasoriales.

l La inicializacin manual:

considera el sistema inicialmente relajado, por tanto se debe indicar en la base de datos la condicin de carga mecnica para la resolucin de las ecuaciones. En este caso no se especifica el deslizamiento (ver anexos).



Ejemplo: MI002.Ejemplo: MI002.datdat(EMTP)(EMTP)Uso de la declaracin 19 (UM) para modelar el Uso de la declaracin 19 (UM) para modelar el

circuito mecnico del MIcircuito mecnico del MI

Cm= J 106

Cm= 5

Rm= 1/B

Rm= 13,33

IM

13

,33

W

5 F

1 nW

-10-6 A





Ejemplo: MI003.Ejemplo: MI003.datdat(EMTP)(EMTP)Arranque de un MI en vaco y con un escaln de Arranque de un MI en vaco y con un escaln de

carga carga

Cm= J* 106 Cm= 5 Rm= 1/B Rm= 13,33

Valor obtenido en la inicializacin para s = 3%

IM

13

,33

W

5 F

1 nW

I 386

I t < 0 para motores

t 1,5 s



Mquina de Induccin (MI)Mquina de Induccin (MI)MI002.MI002.datdatDeclaracin 19 para modelar el circuito Declaracin 19 para modelar el circuito

elctricoelctrico

1 MW ~

SRA 1 mWRama magnetizante:Lmd= Lmq= 16

Estator:Re = 95 Le = 0,5 < mH>

Rotor:Rr`= 75 Lr`= 0,5

Motor de Induccin (UM)

VSB

VSA

VSC

SRA= 375,59* Sen(377t) V






ATP1-VII - N 13




Estudio detallado del modeloEstudio detallado del modeloMquina Universal (UM)Mquina Universal (UM)



Mquina Universal (UM)Mquina Universal (UM)

l El mdulo de la mquina universal (aadida al EMTP en 1981) fue creada con el objeto de modelar con el mismo formato (declaracin 19) 12 tipos de mquinas elctricas.





Mquinas que pueden modelarse mediante la Mquinas que pueden modelarse mediante la Mquina Universal (U.M.)Mquina Universal (U.M.)

Tipo Descripcin

1 Mquina Sincrnica, armadura trifsica.

2 Mquina Sincrnica, armadura bifsica.

3 Mquina de Induccin, armadura trifsica y rotor en Jaula de Ardilla.

4 Mquina de Induccin, armadura y rotor bobinado trifsicos.

5 Mquina de Induccin, armadura bifsica.

6 Mquina de Induccin o Sincrnica, monofsica.

7 Mquina de Induccin o Sincrnica bifsica.

8 ... 12 Mquinas de Corriente Continua.



Estructura generalEstructura general

.

VestatorIestator

SistemaMecnico

UMSistema Elctrico

Transformacin

RedElctrica

Sistemasde

Control(TACS)

Te wwm

VrotorI rotor

Variableselctricas

Vcampo

Variables elctricas

Variables mecnicas

Tm, externosl La UM permite contemplar:

1. Una Parte Elctrica,

2. Una Parte Mecnica,

3. Sistema de Control,

4. Subredes Elctricas, conectadas tanto al estator como al rotor, con sus correspondientes Interfase Red & UM, y

5. La inicializacin ma-nual o automtica.





Una visin ms detalla del tratamiento de laUna visin ms detalla del tratamiento de laMquina Universal en el EMTPMquina Universal en el EMTP

.

Transformacinde

Ejes de Referencia

[abc] [dqo] [abc] [dqo]

iA+vA-

iC+vC-

iB+vB-

id+vd-

io+vo-

iq+vq-

Armadura Excitacin

Ecuacionesde la

Parte Elctricade la

Mquina

en elDominio d-q-o

Dominiode las fases ABC

Dominiode Park o d-q-o - wwm +

Te

+vd`k

-

iqj+

vqj-

idk

.

.

Relacinde

espiras

Narmadura

Nexcitacin ..

idk

iqj

Red

Elctrica



Mquina Universal (UM) Mquina Universal (UM) 1. Parte Elctrica1. Parte Elctrica

l Cuando el EMTP modela las distintas mquinas elctricas a travsde la UM, lo hace en coordenadas d-q-o.

l Las resuelve en ese sistema de coordenadas y convierte los resulta-dos a coordenadas a-b-c, mediante las siguientes relaciones

utilizando la matriz de transformacin [T]

donde qq es la posicin angular del rotor y los coeficientes C1, C2 y C3toman valores 0 y 1 segn de que tipo de mquina se trate.

[ ]

cos sen

sen cosP - =-

10

0

0 0 1

q qq q [ ]

/ / / /

/ /

/ / /

S

C C C C C

C C C

C C C

- =+ + - -

- - -

12 3 6 6

0 6 2

3 3 3

1 2 3 3 3

2 3 3

3 3 3

[ ] [ ( )] [ ]T P S- = - -1 1 1q

[ ] [ ] [ ]Vdqo T Vabc=- 1 [ ] [ ] [ ]Idqo T Iabc=

- 1





l En coordenadas d-q-o, los distintos circuitos magnticos que en coordenadas a-b-c son tiempo-variantes se convierten en estticos sobre los ejes giratorios d, q y o.

l As, las relaciones entre tensiones, corriente, flujos y Par electro-magntico pueden expresarse por las siguientes ecuaciones

a partir de las cuales se construyen los circuitos de las pginas siguientes, los que son convertidos en redes resistivas puras y resueltos mediante la regla trapezoidal de integracin.

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]v R i ddtdqo dqo dqo dqo= - + - 1 l w l (1)

T ie dq dq= [ ] [ ]l (2)




l Circuito Monofsico equivalente sobre el eje-d

+vd

id + Ra Lal

Lmd

Red1 Ledl1

Red2 Ledl2

+ved1

+

ved2

ied2

ied1

Circuito k-simo

wwmllq

.....






l ... sobre el eje-q

l ... sobre el eje-o (un circuito para el estator, eventualmente otro para el rotor)

+

vq

iq +

Ra Lal

Lmq

Req1 Leql1

Req2 Leql2

+

veq1

+

veq2

ieq2

ieq1

Circuito k-simo

wwmlld

.....

LoRo

io




l Ecuacin del Sistema Mecnico (convencin de signos como generador)

wwm[rad/s]

Tm[Nm]

Te[Nm]

J [kmm2]

Momentode InerciaEfectivodel RotorTQGEN

ParElectromagntico

Par MecnicoExterno

OMEGMvelocidad angularD

Amortiguamiento

Tm Jd mdt

D m Te= + +w

w

Mquina Universal (UM) Mquina Universal (UM) 1. Parte mecnica1. Parte mecnica





l Modelado de la Parte Mecnica: Dos opciones,

Opcin 1. Mediante los campos TACS, RJ y DCOEF del primer registro clase 2 (Especificaciones Generales de la Mquina), losque se completan con valores apropiados, as:

TACS nombre de una variable del TACS cuya seal constituye el Par Externo al Sistema Mecnico.

RJ Momento de Inercia J, en [Nm s2/ rad] o [PU].

DCOEF Constante de Amortiguamiento, en [Nms/ rad] o [PU].

Opcin 2.Mediante una red elctrica anloga a la parte mecnica.




l Ecuacin del Sistema mecnico Ecuacin del Anlogo Elctrico

l Del cotejo de ambas ecuaciones

im = Tm vm = wwm C = J106 mmF

ie = Te R = 1 / D [WW]

l Se construye el siguiente circuito anlogo elctrico al mecnico

im Cdvmdt R

vm ie= + +1

+

vm

ie imC R

Tm Jd mdt

D m Te= + +w

w






2. Parte Mecnica 2. Parte Mecnica Reglas para construir la Red ElctricaReglas para construir la Red Elctrica

Anloga al Sistema MecnicoAnloga al Sistema Mecnico

1. Cree un nudo en la Red Elctrica por cada masa que exista en el Sistema Mecnico.

2. Si hubiera un par mecnico actuando sobre esta masa, conecte unafuente de corriente a este nudo.

3. Si hubiera un amortiguamiento proporcional a la velocidad sobre esta masa, conecte un resistor en paralelo con el capacitorque la representa.

4. Si hubiera dos o ms masas acopladas en el Sistema Mecnico, conecte inductores entre los capacitoresque representan masas adyacentes.

5. Si hubiera un efecto de amortiguamiento entre estas masas acopladas, coloque un resistor en paralelo con el inductor del paso anterior.

Nota: A ningn nudo de una UM puede conectarse directamente a una fuente de la red elctrica. Si esto fuera necesario, inserte un resistor

despreciable entre ellos.



4. Interfase U.M. & Red Elctrica4. Interfase U.M. & Red Elctrica

l Dos Opciones:

1. Compensacin(predicin de wwm)

2. Prediccin(variables ll y wwm)

U.M.

Va

Vb

Vc

Ra

Ra

Ra

La otra Partede la U.M.

Red Elctrica y Partede la U.M.Red Elctrica

RTH

RTH

RTH





. t t+DDt

Resolucin Red ElctricasinU.M.

n n + 1

Prediccin de wwm yResolucin de la U.M. (Gauss)

Convergi?

Aplicacin Principio Superposiciny Reclculo Variables Red Elctrica

No

Si

4. Interfase U.M. & Red Elctrica4. Interfase U.M. & Red ElctricaMtodo de CompensacinMtodo de Compensacin



4. Interfase U.M. & Red Elctrica4. Interfase U.M. & Red ElctricaMtodo de CompensacinMtodo de Compensacin

1. Se resuelve la red completa sin UM y se extraen las tensiones en bornes. Se las convierte a coordenadas d-q-o.

2. Se predice wwm(t) por interpolacin lineal,

3. Con lld-q-o= funcin lineal de id-q-o se resuelve la (1) para id-q-o (Gauss)

4. Se calcula Te mediante la (2) y luego wwm(t) a partir del equivalente elctrico de la (3)

5. Si /wwm, predicha(t) - wwm, calculada(t) / > error admitido vuelve a 2., si no

6. Se aplica el Principio de Superposicin y se resuelve toda la red.

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]v R i ddtdqo dqo dqo dqoa= - + - l w l (1)

T ie dq dq= [ ] [ ]l (2) Tm Jddt D m Te

m= + +w

w (3)





4. Interfase U.M. & Red Elctrica4. Interfase U.M. & Red ElctricaMtodo de PrediccinMtodo de Prediccin

t t+DDt

Resolucin Red ElctricaconU.M. simplificada

n n + 1

Se predicen wwm ylld-q-oResolucin de lo que queda de la U.M. (Euler)

Convergi?

Aplicacin Principio Superposiciny Reclculo Variables Red Elctrica

No

Si



1. Se resuelve la red completa con la UM representada por su equivalente Va,b,c & Ra como parte de la misma. As la (1) queda

2. Se predicen wwm(t) y lld-q-o(t) por interpolacin lineal,

3. Se resuelve la (1) para las tensiones vd-q-o(t) (Euler)

4. Conocidas vd-q-o(t), se calculan id-q-o(t)a partir de la (1), Te median-te la (2) y luego wwm(t) a partir del equivalente elctrico de la (3)

5. Si /wwm, predicha (t) - wwm, calculada(t)/ > error admitido vuelve a 2, si no

6. Se aplica el Principio de Superposicin y se resuelve toda la red.

T ie dq dq= [ ] [ ]l (2) Tm Jddt D m Te

m= + +w

w (3)

[ ] [ ] [ ]v ddtdqo dqo dqo= - + - l w l (1')

4. Interfase U.M. & Red Elctrica4. Interfase U.M. & Red ElctricaMtodo de PrediccinMtodo de Prediccin





4. Interfase U.M. & Red Elctrica4. Interfase U.M. & Red ElctricaComparacinComparacin

l Mtodo de Compensacin (Ventajas/ Desventajas):

V1. Numricamente estable,

V2. Slo es necesario predecir una variable: la wwm. Como las variables mecnicas cambian mucho ms suavemente que las elctricas, normalmente la prediccin de wwm es siempre buena.

D1. No puede estar conectada a otro elemento alineal (Solucin = separarlas con stub lines, pero obliga a disminuir el DELTAT).

l Mtodo de Prediccin (Ventajas/ Desventajas):

V. Puede haber ms de un elemento alinealen la misma subred (pero deben ser de distintos tipos, por ejemplo UM #1 ms UM #3).

D. Es necesario predecir variables elctricas, las que, al cambiarms rpidamente que las mecnicas, pueden conducir a una amplificacin del error, no alcanzndose la convergencia.



5. Inicializacin5. Inicializacin

l Dos Opciones:

1. Inicializacin Manual.

El Usuario define las corrientes por los distintos bobinados a t=0. No se la recomienda, salvo para el caso donde el MI arranca desenergizado.

2. Incializacin Automtica.

Recomendada. Para los MI tipos #3 y #4 slo se requiere suministrar el deslizamiento s. Todas las otras variables de la UM se estiman a partir de los equivalentes desarrollados en las pginas siguientes.





5. Inicializacin Automtica5. Inicializacin Automtica

l Corte Transversal de un Motor de Induccin de Jaula de Ardilla.

X

Estatorcircuito #1

Rotorcircuito #2

ll m

ll l 2

ll l 1




l Circuito equivalente de un MI de Jaula Simple (Representacin Clsica de la Parte Elctrica en el Dominio de la Secuencia Directa).

s = (wws - wwr) / wws = fr/fssUm = I2(jsX2+R2)

Um = I2(jX2+R2/s)

U1

jX1 R1

jXm

i1

Um sUm

s jX2 R2/si2

U1

jX1 R1

jXm

i1

Um

s jX 2 R2/si2

Parmetros delrotor referidos

al estator






l Circuito equivalente de un MI Doble Jaula

El EMTP utiliza estos modelos circuitalesslo para obtener valores iniciales de la simulacin.

U1

jX1 R1

jXm

i1

Um

s jX 2b R2b/s

i2s jX 2a R2a/s

BarraProfunda

Barraen T

DobleBarra



Variables de Salida de la U.M.Variables de Salida de la U.M.que pueden solicitarseque pueden solicitarse

TQGEN Par Electromagntico, en [Nm] o [PU]. Positivo si Generador, Negativo si Motor.

OMEGM Velocidad mecnica del rotor, en [rad/s].

THETAM ngulo mecnico del rotor, en [rad].

IPA, IPB, IPC Corriente por las bobinas A, B y C del lado de

potencia, en [A] o [PU].

IE1, IE2, ... Corriente por las bobinas del lado de excitacin, en

[A] o [PU].

IP0, IPD, IPQ Corrientes en las bobinas de potencia en coordenadas de Park.

FLUXMD Flujo magntico en direccin del eje-d.

FLUXMQ Flujo magntico en direccin del eje-q.

IMD, IMQ Corrientes magnetizantes de ejes -d y -q, respectivamente.





Formato de Salida de las Variables de la U.M.Formato de Salida de las Variables de la U.M.Etiquetado de las Salidas Etiquetado de las Salidas

l Todas las variables de salida de la U.M. estn etiquetadas con dos nombres, uno arriba del otro, as:

*. La etiqueta superior individualiza la U.M.

*. La etiqueta inferior indica la variable correspondiente

l Ejemplo:

UM-3 UM-4

TQGEN IPA

l El nmero de identificacin de cada UM dentro de un mismo caso la adjudica automticamente el EMTP y en el orden con que se las ingresa dentro del *.DAT correspondiente.



Convenciones de signos en la U.M.Convenciones de signos en la U.M.

l Para la Parte Mecnica y en rgimen estacionario:

Operacin como Generador: Tm, Te, wwm > 0

Operacin como Motor: Tm, Te, < 0 y wwm > 0

l Para la Parte Elctrica:

IP e IE positivas saliendo de la UM

IPA

IPB

IPC

IE

Ladode potencia

Ladode excitacin

U.M.





La Mquina UniversalLa Mquina UniversalFormato General de los Registros que la modelanFormato General de los Registros que la modelan

(1) Solicitudes Especiales (opcionales):

ABSOLUTE U.M. DIMENSIONS, I, J, K, L: para modificar el dimensionamientopor omisin de los arreglos reservados para la U.M.

UM TO TACS: para intercambiar variables entre la U.M. y el TACS

(2) Red Elctrica que simula la Parte Mecnica de la U.M. (opcional)

(3) Datos Clase 1de la U.M. (2 Registros)

(4) BLANK Marca el fin de los datos Clase 1

(5) Datos Clase 2de la U.M.: Tabla de la Mquina (3 registros, o 4 si I.A.)

(6) Datos Clase 3de la U.M.: Tabla de Bobinados

(7) Datos de otras U.M.: se repite (5)y (6)

(8) BLANK Marca el fin de los datos de todas las U.M.



Formato de los Registros Clase 1Formato de los Registros Clase 1Informacin que atae a todas las U.M. a ser Informacin que atae a todas las U.M. a ser

modeladasmodeladas

l Primer Registro Clase 1ITYPE (1-2) 19 Solicitud de uso del modelo de U.M.

l Segundo Registro Clase 1INPU Dimensin de las cantidades fsicas a utilizar.(1) INPU = 0 o BLANCO Reales (Sistema Internacional)

INPU = 1 por unidadINITUM Modo de Inicializacin.(2) INITUM = 0 Inicializacin Manual

INITUM = 1 Inicializacin AutomticaICOMP Mtodo de InterfaceRed Elctrica & U.M.(15) ICOMP = 0 o BLANCO Compensacin

ICOMP = 1 Prediccinl Tercer Registro Clase 1

BLANK Marca finalizacin registros Clase 1





Formato del Primer Registro Clase 2Formato del Primer Registro Clase 2Datos Generales Datos Generales -- Tabla de la MquinaTabla de la Mquina

JTYPE (1-2) Tipo de U.M.

JTYPE = 3 MI 3 fases, rotor jaula de ardilla

JTYPE = 4 MI 3 fases, rotor bobinado trifsico

NCLD (3-4) Cantidad de Bobinas de Excitacin sobre el eje-d

NCLQ (5-6) Cantidad de Bobinas de Excitacin sobre el eje-q

TQOUT (7) Indicador Solicitudes de Salidas

TQOUT = 1 Te [Nm] o [PU]

TQOUT = 2 Te y llmd [Weber/m2]

TQOUT = 3 Te, llmd e Imd [A]

OMOUT (8) Indicador Solicitudes de Salidas

TQOUT = 1 wwm [rad/s]

TQOUT = 2 Te y llmqTQOUT = 3 Te, llmq e Imq



Formato del Primer Registro Clase 2Formato del Primer Registro Clase 2Datos Generales Datos Generales -- Tabla de la MquinaTabla de la Mquina

THOUT (9) Indicador Solicitudes de Salidas. THOUT = 1 qqm [rad]MNODE(10-15) Nombre Nudo Red Elctrica donde se acoplar el Te.

Si BLANCO TACS, RJ y DCOEF definen Sistema Mecnico.

NPPAIR (22-23) Cantidad de Pares de Polos.

TACS (16-21) Nombre de la Variable TACS que simular el Par Mecnico

Externo. En BLANCO si se usar un anlogo elctrico.

RJ (24-37) J [Nm s2/ rad] o [PU].En BLANCO si se usar un anlogo elctrico para simular la Parte Mecnica.

DCOEF D [Nm s/ rad] o [PU].En BLANCO si se usar un anlogo (38-51)elctrico para simular la Parte Mecnica.

EPSOM Tolerancia para la convergencia del proceso iterativo de

(52-65) obtencin de wwm. Por omisin es EPSOM = 0,01 % *wwsincropara mquinas de CA.

FREQ Frecuencia de la red a la que se conectarn las bobinas de

(66-79) potencia de la UM. Por omisin es FREQ = STATFR.





Formato del Segundo Registro Clase 2Formato del Segundo Registro Clase 2Datos de Flujo e Inductancia Datos de Flujo e Inductancia MagnetizanteMagnetizantede Ejede Eje--d d

OMEGM wwm(0) [radianes mecnicos/ s] o [PU] si Inicializacin Manual.

(1-14)BLANCO si Inicializacin Automtica.

LMUD(10-15) Lmd [H] o PU, Inductancia magnetizante no saturada de eje-d

JSATD (29) Marcador: JSATD = 1 habr saturacinJSATD = BLANCO SIN saturacin

LMSD(30-43) Lmq [H] o [PU], Inductancia

magnetizantesaturada de eje-d.

FLXSD(44-57) Flujo correspondiente

al punto de quiebre de

la caracterstica mag-

netizantede eje-d.

FLXRD(58-71) Flujo residual de eje-d.

FLXRD

imd[A]

llmd[Wb/m2]

aa1

aa2

tg aa1 =LMUDtg

aa2=LMSD

FLXSD



Formato del Tercer Registro Clase 2Formato del Tercer Registro Clase 2Datos de Flujo e Inductancia Datos de Flujo e Inductancia MagnetizanteMagnetizantede Ejede Eje--qq

THETAM qqm(0) [radianes mecnicos] o [PU] si Inicializacin Manual

(1-14)para la MS. BLANCO si Inicializacin Automtica.

LMUQ(10-15) Lmq [H] o PU, Inductancia magnetizante no saturada de eje-q.

JSATQ (29) Marcador: JSATQ = 1 habr saturacinJSATQ = BLANCO SIN saturacin

LMSQ(30-43) LmQ [H] o [PU], Inductancia

magnetizantesaturada de eje-q.

FLXSQ(44-57) Flujo correspondiente

al punto de quiebre de

la caracterstica mag-

netizantede eje-q.

FLXRQ(58-71) Flujo residual eje-q

FLXRQ

imq[A]

llmq[Wb/m2]

aa1

aa2

tg aa1 = LMUQtg aa2= LMSQ

FLXSQ





Formato del Cuarto Registro Clase 2Formato del Cuarto Registro Clase 2Inicializacin AutomticaInicializacin Automtica

l Este registro slo se incluir si se buscar la Incializacin Automtica (si se hizo INITUM = 1en el segundo registro Clase 1).

AMPLUM (1-14) Deslizamiento inicial s(%) para las MI.

ANGLUM (15-28) BLANCO para las MI.

BUSF (29-34) BLANCO para las MI.

BUSM (35-40) Nombre nudo fuente 14 en red elctrica anloga sistema mecnico que representa el par mecnico externo para las MI. Su amplitud la ajusta el EMTP para satisfacer el par electromagntico Te= f(s).

Si este par externo ser constante, utilizar una frecuencia prxima a cero para esta fuente (por ejemplo 0.0000001 Hz).



Formato de los Registros Clase 3Formato de los Registros Clase 3Esquema Mnemotcnico GeneralEsquema Mnemotcnico General

l Modelo UM #3: Motor de Induccin trifsico con rotor en jaula deardilla

Bobinas 1er. registro - Ro, Lo, Nombres nudos bobina fase A

de 2do. registro - Rd, Ldl, Nombres nudos bobina fase B

Armadura 3er. registro - Rq, Lql, Nombres nudos bobina fase C

Bobinas 4to. registro - Rd1, Ldl1,

de 5to. registro - Rq1, Lql1,

Excitacin 6to. registro - Rd2, Ldl2,

7mo. registro - Rq2, Lql2,

Simple juegode barras Doble juego

de barras





Formato de los Registros Clase 3Formato de los Registros Clase 3Esquema Mnemotcnico GeneralEsquema Mnemotcnico General

l Modelo UM #4: Motor de Induccin trifsico con rotor bobinado

Bobinas 1er. registro - Ro, Lo, Nombres nudos bobina fase A

de 2do. registro - Rd, Ldl, Nombres nudos bobina fase B

Armadura 3er. registro - Rq, Lql, Nombres nudos bobina fase C

Bobinas 4to. registro - Rd, Ldl, Nombres nudos bobina fase B

de 5to. registro - Rq, Lql, Nombres nudos bobina fase C

Excitacin 6to. registro - Ro, Lo, Nombres nudos bobina fase A



Formato de los Registros Clase 3Formato de los Registros Clase 3Esquema GeneralEsquema General

RESIS (1-14) Resistencia de eje d, q o 0, en [WW] o [PU]. No puede ser cero.

LLEAK (15-28)Inductancia de dispersin de eje d, q o 0, en [H] o [PU].

BUS1 (29-34) Nombre nudo red elctrica a la que se conecta un extremo

del bobinado.

BUS2 (35-40) Nombre nudo red elctrica a la que se conecta el otro

extremo del bobinado.

XTACS (41-46) Nombre variable TACS cuya seal se utiliza como fuente de tensin en serie con la bobina.

CUROUT (47)Marcador.

Si CUROUT = 1 guardar corriente fsica por esta bobina.

Si CUROUT = 2 guardar corriente d-q-o por las bobinas.

CUR (48-61) Corriente fsica por la bobina a t = 0, si Inicializacin Manual. BLANCO, si Inicializacin Automtica.

BLANK seala el fin de los datos de todas las UM para este caso.





Ejemplo 1: Motor de InduccinEjemplo 1: Motor de Induccincon Jaula de Ardilla de Doble Juego de Barrascon Jaula de Ardilla de Doble Juego de Barras

l La resistencia en recurrir a la UM para modelar Motores, radica en la dificultad de obtener los parmetros de los mismos en coordenadas de Park o d-q-o.

l En el caso de los Motores de Induccin de Rotor Bobinado, el acceso tanto a los bobinados del estator como a los del rotor facilita la obtencin de los mismos a partir de ensayos.

l No sucede lo mismo con aquellos que poseen el rotor en forma de jaula de ardilla, para los que, afortunadamente existe el utilitario INDMOT.EXE (Gracias a Mr. Gabor Furst).

l En este ejemplo se recurrir a este ltimo para obtener los parmetros de un MI en el dominio de Park, a partir de los valores de placa del motor.




l El utilitario INDMOT genera registros en formato de la UM a partir de datos de placa de un MI.

l Por omisin ICOMP = 1 si el usuario eligi INITUM =1 o

ICOMP = 0 si en cambio eligi INITUM = 0.

Teclado INDMOT.EXEdatos

*.LIS

*.PCH

Resultados

Pantalla






l Esquema de los archivos generados por el INDMOT.

U.M. #3MOTA

MOTB

MOTC

es

a

ot

r

tro

or

t

Te

GENA

GENB

GENC

ROTD1

ROTQ1

10-6WW 10-6WW

(1 / D) WW J 106 mmF Tm(0) Tm(TIMEL) = PERCLO

Tclose= -1.0

Los suministrael Usuario

ROTD2

ROTQ2

INER INERS




l El sistema elctrico a simular ser el siguiente

Las simulaciones sern dos:

l UM3_1.DAT: comenzar la simulacin con el MI desconectado de la red, hasta que a los 0,5 segundos se cierra el interruptor energizndolo en vaco (Sin Inicializacin Automtica). Continuar as hasta que a los 4 segundos se le aplica un par mecnico en el eje de 100 % del nominal.

UM3_2.DAT: el MI arranca con un par externo del 100 % del nominal aplicado a su eje (Con Inicializacin Automtica).

MIREDA

GMOTAGENA

PCC = 16 MVAU = 4,16 kV






l Se modelar un MI con las siguientes caractersticas

TYPE = DOUBLErotor con jaula de ardilla de doble barras

FREQ = 50.Hz frecuencia de la red elctrica

VOLT = 4,16 kV tensin fase-fase, en valores RMS, de la red

HP = 500 HP potencia del motor

RPM = 3000rpmvelocidad sincrnica del motor

PF = 0,9factor de potencia a plena carga del motor

BUS = GENAnombre del nudo al que se conectar el motor

SLIP = 1,2% deslizamiento a plena carga del motor

EFF = 0,984eficiencia del motor

ISTART = 6,0corriente de arranque del motor

STTORQ = 0,95pu par de arranque del motor




HMOT = 2,682kWs/ kVA Momento de Inercia del motor

SATLIM = 2,0pu corriente del codo de saturacin

TIMEL = 99,9s tiempo al que se le aplicar una carga adicional

PERCLO = 20,0% (del valor de plena carga), carga adicional a aplicarse al tiempo TIMEL.

AUTO = 0o 1 marcador para indicarle inicializacin manual o automtica.






l De los archivos generados por el INDMOT se reproduce el siguiente esquema del MI sobre el eje-d.

l Dada la simetra del rotor (liso), el circuito sobre el eje-q es similar a ste.

IPD+

0.8329260.0099355

IE1wwmllq

ROTD1

ROTD2IE2

0.80125530.0182437

1.80884670.0099355

0.469885

Las resistencias en Ohms, las inductancias en Henry



Ejemplo 1.1: Motor de InduccinEjemplo 1.1: Motor de Induccincon Jaula de Ardilla de Doble Juego de Barrascon Jaula de Ardilla de Doble Juego de Barras

l Arranque en vaco y posterior carga de un MI, sin IA (UM3_1.DAT): Valores de la red elctrica anloga al sistema mecnico para t = 6,966 s (la pequea resistencia entre los nudos INER e INERS se introduce pues no puede estar conectado al mismo nudo la fuente de TQGEN y la del par externo).

9.05 WW23 mmF

10-6WW INERSINER

TQGEN1196 Nm Tipo 14

-1157.5 A

-34.3 A 4.3 A

Te = Cdv/dt + (1/D)v + Tm1196 Nm @@ 4.3 + 34.3 + 1157.5 A

No necesita ser Tipo 14,ya que no se solicita Ini-cializacin Automtica.






l Arranque en vaco y posterior carga de un MI (UM3_1.DAT):

(file um3_1.pl4; x-vart) u1:TQGEN c:INERS -INER c:INER - c: -INER

0 1 2 3 4 5 6 7 8[s]-5000

-3750

-2500

-1250

0

1250

2500

3750

5000Valores de pgina

anterior correspondena t = 6,966 seg

Se aplica la carga




l Arranque en vaco y posterior carga de un MI (UM3_1.DAT): Grfica de la corriente por uno de los devanados (ficticios) del rotor.

(file um3_1.pl4; x-vart) u1:IE1

500

0 1 2 3 4 5 6 7 8[s]-500

-375

-250

-125

0

125

250

375

Tr

5,6691 s 7,1487 s

fr = 1 / Tr = 0,676 Hz






l Arranque en vaco y posterior carga de un MI (UM3_1.DAT): Grfica de la velocidad angular del rotor.

(file um3_1.pl4; x-vart) u1:OMEGM

0 1 2 3 4 5 6 7 8[s]0

50

100

150

200

250

300

350

wwm= 309,77 rad/seg

wws = 314,16 rad/segs = (wws - wwm) / wws = 1,4 %

fr = (wws - wwm) / 2pp = 0,698 Hz

Comparar este valor con el obtenidode la grfica anterior (0,676 Hz).




l Arranque en carga de un MI, con IA (UM3_2.DAT):Al INDMOT se le ingres un s = 1,2 % y l lo ajust a otro de 1,5 %, que se utiliz en el UM3_2.DAT para la IA. A continuacin, valores de la red elctrica anloga al sistema mecnico.

9.05 WW23 mmF

10-6WW INERSINER

TQGEN1091 Nm Tipo 14

-1057 A

-34 A 0 A

Te = Cdv/dt + (1/D)v + Tm (A)1091 Nm @@ 0 + 34 + 1057 A

Debe ser Tipo 14 ya quese solicita Inicializacin Automtica. El EMTP a-justar su amplitud paraque se cumpla la rel-acin(A).





Ejemplo No. 2: Arranque de unEjemplo No. 2: Arranque de unMotor de Induccin Trifsico con Rotor BobinadoMotor de Induccin Trifsico con Rotor Bobinado

(UM Tipo 4)(UM Tipo 4)

l Esquema general red a simularBUS-A0

BUS-B0

BUS-C0 BUS-C1

BUS-B1

BUS-A1 BUSRA1

BUSRB1

BUSRC1

BUS-OM

-6 A0.06 F

33.333 WW

estator rotor

RS LS RR

VS UM

Tipo

4



Ejemplo No. 2: MI Trifsico con Rotor Bobinado Ejemplo No. 2: MI Trifsico con Rotor Bobinado Parmetros de los ComponentesParmetros de los Componentes

l Red Elctrica

RS = 0,005 WW LS = 1,0 mH VS = 180 Vpico

l Motor de Induccin

30 HP J = 0,06 Nms2 / rad

220 V D = 0,03 Nms / rad

4 polos Tm = 6 Nm

60 Hz

Conexin en Y





Ejemplo 2: MI Trifsico con Rotor Bobinado Ejemplo 2: MI Trifsico con Rotor Bobinado Modelado de la Parte Elctrica del MIModelado de la Parte Elctrica del MI

l Sobre el eje-0 del estator

l Sobre el eje-d

0,063 WW IP0

Lo 0,1911 mHRo

+

vd1

+

vd

IPD+

Ra Lal

Lmd

Red1 Ledl1 IE1wwmllq

0,063 WW 0,3925 mH

0,020291 H

0,083 WW 0,3925 mH



Ejemplo 2: MI Trifsico con Rotor Bobinado Ejemplo 2: MI Trifsico con Rotor Bobinado Modelado de la Parte Elctrica del MIModelado de la Parte Elctrica del MI

l Sobre el eje-q

l Sobre el eje-0 del rotor

Lo

0,083 WW IE3

0,3925 mHRo

+

vq

+Ra Lal

Lmq

Req1 Leql1+

veq1

IE2wwmlld

0,063 WW 0,3925 mH

0,020291 H

0,083 WW 0,3925 mH

IPQ





Ejemplo 2: MI Trifsico con Rotor Bobinado Ejemplo 2: MI Trifsico con Rotor Bobinado Modelado de la Parte Mecnica del MIModelado de la Parte Mecnica del MI

l Opcin 1: mediante un anlogo elctrico, archivo UM4.DAT

l Opcin 2: mediante las variables TACS, RJ y DCOEF del Primer Registro Clase 2 (Tabla de la Mquina), archivo UM4BIS.DAT.

Prestar atencin a la Solicitud Especial UM TO TACS, la seal PM en el TACS, y su aparicin en el campo TACS del registro

clase 2 de la UM.

BUS-OM

-6 A0.06 F

33.333 WWTQGEN



Ejemplo 2: MI Trifsico con Rotor Bobinado Ejemplo 2: MI Trifsico con Rotor Bobinado Resultados de la ejecucin del UM4.DATResultados de la ejecucin del UM4.DAT

l Corriente por una bobina del rotor

l Ample la zona correspon-diente al comienzo de la simulacin y obtenga la frecuencia de esta corriente inducida en el rotor.

l Notar que la misma est muy prxima a los 60 Hz (yo la calcul en 54,3 Hz).

l Note, tambin, como al tomar velocidad el rotor la frecuencia de esta corriente se acerca a la correspon-diente a la del deslizamiento.(file UM4.pl4; x-var t) u1:IE1

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5[s]

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400






l Velocidad angular del rotor l Verifique que, alcanzado el final del tiempo de simulacin, la velocidad del rotor est muy prxima a la sincrnica:

wwS= 2pp f / NPPAIR = 188,5 rad/s

l Calcule el deslizamiento,

s = (wwS - wwm) / wwS(Se obtuvo un valor de 0,42 %)

l Con wwm obtenga la frecuencia de las corrientes inducidas en el rotor, alcanzado el estado de rgimen estacionario (0,25 Hz?).

(file UM4.pl4; x-var t) u1:OMEGM

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5[s]

-20

24

68

112

156

200




l Par Electromagnticol El Par Electromagntico,

alcanzado el estado de rgimen estacionario, es de

Te = -11,4 Nm

l Verifique que la suma de las corrientes por la resistencia del circuito anlogo al mecnico y la fuente que simula el Par Externo, coincidan con este valor (Para mi result ser de -11,63 A). Por la C anloga a J no circula corriente, (Por qu?)

(file um4.pl4; x-var t) u1:TQGEN

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5[s]

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

Documents

ATP'1-vii-a