Diseño y construcción de un transformador de frecuencia variable de laboratorio

Abstract

El Transformador de Frecuencia Variable (VFT) es el más reciente elemento que puede ser clasificado dentro de los sistemas flexibles de transmisión de corriente alterna (FACTs por sus siglas en Inglés) y es un dispositivo bidireccional que permite transferir potencia entre dos sistemas, independientemente si son síncronos o no. Además, tiene una construcción similar a las máquinas de inducción de rotor devanado, por lo que es posible regular la potencia activa que pasa a través de él ajustando el ángulo relativo del rotor con respecto al estator mediante un primo motor de CD. Solo se cuenta con tres aplicaciones en el mundo de este dispositivo, y una de ellas se encuentra en el Sistema Interconectado Nacional (SIN). Es por eso que es de gran importancia conocer su funcionamiento y desarrollar modelos que se puedan emplear en simulaciones digitales para análisis del tipo económico, planeación y operación del sistema. En este trabajo de tesis se diseña y construye un VFT de laboratorio con control de potencia activa, el cual se implementó utilizando un motor de inducción de rotor devanado que se encuentra acoplado a una máquina de CD compuesta. Se determinaron mediante pruebas convencionales los parámetros del modelo de la máquina de inducción, validando su comportamiento como motor; sin embargo, para que los resultados del modelo operando como VFT se parecieran los valores medidos de manera experimental, se propone una corrección en la determinación de los parámetros, que proporciona buenos resultados cuando se opera como VFT en vacío y aislando dos sistemas. El sistema rotatorio se opera como canal VFT, permitiendo analizar sus modos de operación de manera experimental y bajo simulaciones digitales; posteriormente se construye un sistema de adquisición y distribución de señales que se emplea para monitorear las variables relevantes en el canal y controlar el flujo de potencia a través de la máquina. Un control clásico PI es empleado en la trasferencia de potencia, el cual se somete a diversas condiciones de operación para verificar su correcto funcionamiento. Una característica de importancia que se implementó en este trabajo es una función de sintonización automática del controlador en línea, la cual emplea como valores inciales los obtenidos mediante una sintonización manual fina.