Análisis de una máquina de inducción trifásica de flujo axial con rotor anisotrópico

Abstract

En la presente Tesis se analiza un motor eléctrico para aplicaciones mineras, que requieran operar a baja velocidad y alto torque, en el marco del proyecto FONDEF IT16M10005. El objetivo principal es realizar una descripción analítica del funcionamiento de un motor de inducción trifásico de flujo axial y rotor anisotrópico desarrollado en la Universidad de Concepción. Para esto, el estudio se centra en desarrollar las ecuaciones de diseño y análisis de la máquina en función de los parámetros geométricos y constructivos del motor. En primer lugar, se realiza la descripción de las características generales del motor de flujo axial y de las propiedades anisotrópicas del rotor, como lo son la configuración axial de doble estator con rotor central y la anisotropía presente en este último. Luego, se lleva a cabo la determinación del circuito magnético a través del cálculo del factor de Carter y la corriente de magnetización de la máquina utilizando expresiones analíticas. Esto con tal de encontrar un punto de operación para un determinado número de vueltas por fase que considere una baja corriente de magnetización y alta eficiencia. Además, se realiza el modelamiento en coordenadas cartesianas utilizando las ecuaciones de Maxwell para un estudio más detallado de la operación de la máquina. En particular, se resuelve el sistema de ecuaciones asociado a un modelo por capas, en donde cada capa representa una región específica del motor. A cada una de estas regiones se le asocia la ecuación de Poisson o Laplace, según sea el caso, en términos del Vector Potencial Magnético y se establece un vínculo entre estas y el circuito equivalente de la máquina, con tal de simular la operación a voltaje constante. Finalmente, se lleva a cabo la validación de los resultados mediante un modelo bidimensional en elementos finitos desarrollado con el software Flux v12 by Cedrat. El motor desarrolla un torque de 758 [Nm] a velocidad nominal con una eficiencia de 93%.