Detección de cortocircuito en el devanado de un motor sincrónico de imanes permanentes usando corriente de secuencia negativa en dominio tiempo

Stator winding short-circuit fault detection in a permanent magnet synchronous motor (PMSM) using negative sequence current in time domain

La técnica de corriente de secuencia negativa en dominio tiempo es aplicada a la detección del cortocircuito en una fase del devanado en el estator de un PMSM, de sus siglas en inglés (Permanent Magnet Synchronous Motor). Inicialmente, los componen- tes fundamentales de las señales de corriente son obtenidos usando un filtro tipo Notch, y basado en los componentes funda- mentales se obtiene la corriente secuencial negativa en dominio tiempo, la cual se constituye en el indicador de cortocircuito en el devanado del estator. Además de la detección de la falla, la corriente de secuencia negativa proporciona una medida relativa de la severidad de la falla. El método propuesto detectó oportuna (< 22 ms) y de manera confiable el cortocircuito en el devanado del estator para niveles de severidad alrededor y mayores del 6,25% de cortocircuito de la fase en cortocircuito. Adicionalmente se confirmó la relación proporcional entre el indicador de falla y el grado de severidad de esta. El uso de la corriente secuencial negativa en dominio tiempo reduce de manera significativa el costo computacional y el tiempo de detección asociado al uso de Fourier cuando la técnica es empleada en el dominio de la frecuencia. El método propuesto puede extenderse para ampliar el proceso de detección a la determinación de la fase involucrada en el corto, mejorando el proceso de detección de la falla estudiada. La validación del método es efectuada en línea usando un banco experimental de un PMSM bajo ambientes computacionales de dSpace® y Matlab®/Simulink®.

Introducción

PMSM son encontrados en aplicaciones de baja y alta potencia en sistemas tan variados como propulsión de barcos, robots, máquinas herramienta, etc. Los PMSMs son atractivos debido a su eficiencia y desempeño. Los PMSM exhiben varias ventajas cuando se comparan con los motores de inducción, el actuador rotativo más popular. Estas ventajas son: alta densidad de potencia, bajo peso, menores pérdidas y un rotor pequeño para la misma potencia de salida si se compara con el rotor de un motor de inducción. Estos atributos resultan de su construcción, en la cual el campo magnético es proporcionado por imanes permanentes montados en la superficie del rotor. Así, la armadura puede suministrar una mayor densidad de campo para entrehierros similares a los encontrados en las máquinas de inducción, produciendo un mayor torque para un menor volumen y una menor corriente.

Dentro de las operaciones de  mantenimiento  industrial  sobresale el mantenimiento basado en la condición, cuya filosofía se centra   en detectar y evaluar las fallas cuando estas no son significativas (incipientes). Recientemente ha crecido el interés en el mantenimiento basado en la condición (CBM), siglas del inglés (ConditionBased Maintenance), como se ilustra en Liu et ál. (2007) y Benbouzid ( 2000).