Diseño y construcción de instrumento para estimación de potencia y torque en el eje de máquinas de inducción

Abstract

En este documento se explica el diseño y construcción de un medidor de torque y potencia para máquinas de inducción, el cual está fundado en las variables eléctricas y mecánicas fundamentales de este tipo de motor, que son voltaje, corriente y velocidad. Para ello, se planifica la fabricación de un instrumento basado en la tarjeta de desarrollo Arduino, elemento que permitirá el procesamiento de las señales medidas y entregará los valores de corriente, potencia y torque en una pantalla de cristal líquido (lcd). La construcción se realiza mediante tarjetas para la medición de voltajes y corrientes de línea, las cuales entregan señales de tensión alterna. Debido a que Arduino no es capaz de procesar señales alternas (solo es capaz de recibir señales analógicas positivas), se fabrican tarjetas especiales para el acondicionamiento de estas señales, de manera de obtener una forma de onda positiva de 5V peak-to-peak. Además, se crea un sistema de medición para la velocidad del motor mediante un fototransistor, el cual posee un mecanismo tal que para cada giro del motor se entregan 2 señales de pulso a Arduino, que más tarde se traducirán en velocidad angular gracias a la programación del hardware. Finalmente, al contar con las variables necesarias para el cálculo de torque y potencia en el eje del motor, se programa el microcontrolador para el cálculo de potencia para cualquier tipo de conexión del motor (ya sea delta o estrella), y además, para que a esta potencia se le resten las pérdidas internas del motor (pérdidas en el cobre de los devanados, pérdidas magnéticas y pérdidas mecánicas), de manera que la estimación de potencia sea lo más precisa posible. El resultado final nos muestra que el medidor de torque y potencia diseñado y construido funciona correctamente con una aproximación aceptable si se compara con magnitudes entregadas por instrumentos de medición clásicos.