Alternative methodology for voltage unbalance quantification based on the effects of temperature and efficiency of three-phase induction motors

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2020.Apesar da existência na literatura atinente de inúmeros trabalhos que relatam a incapacidade dos tradicionais indicadores de desequilíbrio de tensão (DT) de traduzirem com a devida precisão as condições sob as quais eles estão associados, segue incipiente o volume de estudos que proponham formas alternativas para a quantificação desse fenômeno de qualidade da energia elétrica. Neste cenário, alguns autores têm sugerido o uso do indicador de DT oriundo do método das componentes simétricas, designado de VUF, em conjunto com i) a diferença angular entre as componentes de tensão de sequência negativa (V̅2) e positiva (V̅1), ou ii) com o módulo da componente de sequência positiva (V1). No entanto, o uso conjunto de dois ou mais indicadores para a quantificação do desequilíbrio torna o processo de estabelecimento de níveis de compatibilidade desse fenômeno mais complexo. Considerando-se os aspectos ora mencionados, surgiu a ideia de desenvolvimento deste estudo que tem como objetivo apresentar uma metodologia alternativa para a quantificação do DT desenvolvida com base nos efeitos desse fenômeno na temperatura e no rendimento de motores de indução trifásicos (MIT). Tal metodologia permite obter um indicador para a quantificação do desequilíbrio (WVUF) que contempla os efeitos combinados dos módulos e dos ângulos de V̅2 e V̅1. Com o propósito de aplicar essa metodologia e avaliar o seu desempenho em laboratório, um MIT é submetido a um conjunto abrangente de condições de tensões equilibradas e desequilibradas. Dos resultados destes ensaios e do emprego da metodologia proposta, constata-se que o WVUF, quando comparado ao VUF, reduz as incertezas inerentes ao processo de quantificação do DT. Com isso, é possível inferir que a metodologia apresentada neste trabalho resultou em um indicador que representa os efeitos conjuntos de V̅2 e de V̅1 na temperatura e no rendimento de motores conectados ao sistema elétrico. As vantagens vinculadas ao WVUF o designam como uma alternativa potencial para aplicações industriais e também em substituição aos tradicionais métodos de quantificação do DT presentes nas principais normas que versam sobre o assunto.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Despite the existence of countless studies in the relevant literature that report the inability of the traditional voltage unbalance (VU) indicators to translate, with due precision, the conditions under which they are associated, the volume of studies that propose alternative ways for the quantification of this power quality phenomenon continues to be incipient. In this scenario, some authors have suggested the use of the VU indicator from the symmetric components method, called the VUF, together with i) the angular difference between the negative (V̅2) and positive (V̅1) sequence voltage components, or ii) with the module of the positive sequence component (V1). However, the joint use of two or more indicators for the quantification of the unbalance makes the process of establishing the compatibility levels of this phenomenon more complex. Considering the aspects mentioned above lead to the idea of developing this study, which aims to present an alternative methodology for the quantification of VU, developed based on the effects of this phenomenon on the temperature and efficiency of three-phase induction motors (TIM). Such methodology allows the obtaining of an indicator for the quantification of the unbalance (WVUF) that contemplates the combined effects of the modules and angles of V̅2 and V̅1. In order to apply this methodology and evaluate its performance in the laboratory, a TIM is subjected to a comprehensive set of balanced and unbalanced voltage conditions. From the results of these tests and the use of the proposed methodology, it was observed that the WVUF, when compared to the VUF, reduces the uncertainties inherent to the VU quantification process. Thus, it is possible to infer that the methodology presented in this work resulted in an indicator that represents the joint effects of V̅2 and V̅1 on the temperature and efficiency of motors connected to the electrical system. The advantages linked to the WVUF designate it as a potential alternative for industrial applications and for replacing the traditional methods used for quantifying VU present in the major standards that deal with the subject