Simulación del Campo Magnético y Rendimiento de Torque-Velocidad de un Motor de Inducción de Jaula de Ardilla Monofásico: Un Enfoque FEM y Experimental
Autores: Barzola, Jhonny; Chandi, Jonathan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Simulación del Campo Magnético y Rendimiento de Torque-Velocidad de un Motor de Inducción de Jaula de Ardilla Monofásico: Un Enfoque FEM y Experimental
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Estudio
Motor
Simulación
Par-velocidad
Experimental
FEMM
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio presenta una investigación detallada de las características de par-velocidad de un motor de inducción monofásico de jaula de ardilla (SPSCIM) de WEG de (1/2 hp), 110/220 V a 60 Hz. El objetivo principal fue derivar el circuito equivalente del motor y validar sus curvas de rendimiento a través de análisis de elementos finitos (FEA), simulación utilizando MATLAB/Simulink y pruebas experimentales. Se realizaron simulaciones de elementos finitos utilizando el software FEMM (Método de Elementos Finitos Magnéticos) para modelar la distribución del flujo magnético dentro del estator y el rotor del motor. Estas simulaciones, basadas en las dimensiones del motor y los datos de la placa de características, proporcionaron información esencial sobre el comportamiento electromagnético, incluyendo la densidad de flujo y los efectos de saturación, que son cruciales para predicciones precisas de las curvas de par-velocidad. Para la validación experimental, se realizaron pruebas bajo condiciones de circuito abierto y rotor bloqueado a través de una máquina universal como emulador de carga. Las características de par-velocidad se determinaron utilizando el método de Suhr y el enfoque clásico, comparando las curvas resultantes con las mediciones experimentales. Se midieron voltaje y corriente utilizando medidores AC PZEM-004T y DC PZEM-017, mientras que la velocidad del rotor se monitoreó con un sensor de efecto Hall (A3144). Los resultados revelaron un fuerte acuerdo entre las simulaciones de FEM, el método de Surh y los datos experimentales, demostrando la fiabilidad y precisión de los métodos de simulación y analíticos combinados para modelar el rendimiento del motor. Las estimaciones utilizando los métodos clásico y de Suhr, las simulaciones de Simulink y FEMM arrojaron bajos porcentajes de error, en su mayoría por debajo del 2%. Sin embargo, en la simulación de FEMM, la resistencia del rotor mostró un error mayor de alrededor del 20% debido a la falta de datos sobre el número exacto de vueltas de bobinado, un parámetro modificable que se puede corregir mediante ajustes adicionales en la simulación. Las curvas de par-velocidad obtenidas a diferentes niveles de voltaje mostraron una excelente correlación, confirmando la efectividad del enfoque propuesto para caracterizar el comportamiento operativo del motor.
Descripción
Este estudio presenta una investigación detallada de las características de par-velocidad de un motor de inducción monofásico de jaula de ardilla (SPSCIM) de WEG de (1/2 hp), 110/220 V a 60 Hz. El objetivo principal fue derivar el circuito equivalente del motor y validar sus curvas de rendimiento a través de análisis de elementos finitos (FEA), simulación utilizando MATLAB/Simulink y pruebas experimentales. Se realizaron simulaciones de elementos finitos utilizando el software FEMM (Método de Elementos Finitos Magnéticos) para modelar la distribución del flujo magnético dentro del estator y el rotor del motor. Estas simulaciones, basadas en las dimensiones del motor y los datos de la placa de características, proporcionaron información esencial sobre el comportamiento electromagnético, incluyendo la densidad de flujo y los efectos de saturación, que son cruciales para predicciones precisas de las curvas de par-velocidad. Para la validación experimental, se realizaron pruebas bajo condiciones de circuito abierto y rotor bloqueado a través de una máquina universal como emulador de carga. Las características de par-velocidad se determinaron utilizando el método de Suhr y el enfoque clásico, comparando las curvas resultantes con las mediciones experimentales. Se midieron voltaje y corriente utilizando medidores AC PZEM-004T y DC PZEM-017, mientras que la velocidad del rotor se monitoreó con un sensor de efecto Hall (A3144). Los resultados revelaron un fuerte acuerdo entre las simulaciones de FEM, el método de Surh y los datos experimentales, demostrando la fiabilidad y precisión de los métodos de simulación y analíticos combinados para modelar el rendimiento del motor. Las estimaciones utilizando los métodos clásico y de Suhr, las simulaciones de Simulink y FEMM arrojaron bajos porcentajes de error, en su mayoría por debajo del 2%. Sin embargo, en la simulación de FEMM, la resistencia del rotor mostró un error mayor de alrededor del 20% debido a la falta de datos sobre el número exacto de vueltas de bobinado, un parámetro modificable que se puede corregir mediante ajustes adicionales en la simulación. Las curvas de par-velocidad obtenidas a diferentes niveles de voltaje mostraron una excelente correlación, confirmando la efectividad del enfoque propuesto para caracterizar el comportamiento operativo del motor.