Evaluación del compromiso entre distorsión armónica y eficiencia energética en motores de DC sin escobillas

Abstract

Un objetivo por el cual se ha venido trabajando cada vez con más ahínco en los últimos años, es el mejoramiento de la eficiencia energética. Optimizar la transferencia de energía en los sistemas continúa siendo un reto vigente, derivado del aumento vertiginoso de la productividad de los procesos industriales y de la masificación en el uso de dispositivos electrónicos no lineales. Lo anterior ha provocado una situación compleja, puesto que, con el afán por cumplir la normatividad respecto al límite de componentes armónicos permitidos por cargas individuales hacia la red eléctrica, se han venido perfeccionando diferentes alimentadores para los motores de DC sin escobillas, que mejoran la calidad de la energía (Distorsión armónica total baja y factor de potencia cercano a la unidad), sin tener en cuenta el consumo energético extra que demandan dichos convertidores cuando son adicionados al sistema. El inconveniente evidenciado en el párrafo anterior ha motivado el presente proyecto orientado hacia la evaluación y el análisis del compromiso entre distorsión armónica y eficiencia de conversión en los alimentadores de los motores de DC sin escobillas.Se compararon la distorsión armónica (DA), el factor de potencia (FP) y la eficiencia de conversión (EC), de estado estacionario, de los manejadores basados en los convertidores con aislamiento de alta frecuencia Zeta, Luo y Cuk. La comparación realizada tiene un doble propósito. De una parte, establecer cuál conversor ofrece el mejor compromiso entre las variables estudiadas y de la otra, determinar si existe una correlación, bien sea directa o inversa, entre la EC y las variables de calidad de energía (DA y FP). Para realizar el presente estudio se utilizaron los modelos de los convertidores encontrados en la literatura, así como los modelos de simulación del inversor y del motor encontrados en la herramienta SimscapeElectronics del software Matlab. El compromiso entre DA, FP y EC se estudió a partir de un índice mixto propuesto por el autor del cual el convertidor Luo obtuvo el valor más alto. En cuanto al segundo objetivo de la comparación, la aplicación coeficiente de Spearman mostró correlaciones tanto positivas como negativas entre las variables estudiadas, que dependen del convertidor empleado. La principal conclusión del estudio fue que la principal causa de disminución en la eficiencia de conversión en los alimentadores es el número de componentes activos presentes en los convertidores, siendo el Cuk aislado el que presenta el mayor número de elementos activos y por consiguiente mayores pérdidas energéticas. Esto, sin obtener ventajas significativas en cuanto a calidad de energía eléctrica.