Parameter Determination of Coupled and Decoupled Admittance Matrix Methods of the Norton Equivalent Model for an Air Extractor

• Autores: Alejandra Martínez Peñaloza, Germán Alfonso Osma Pinto, Gabriel Ordóñez
• Localización: Tecnura: Tecnología y Cultura Afirmando el Conocimiento, ISSN-e 2248-7638, ISSN 0123-921X, Vol. 26, Nº. 74, 2022, págs. 17-34
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Determinación de parámetros de métodos de matriz de admitancia acoplada y desacoplada del modelo Equivalente Norton para extractor de aire
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• Resumen
  • español

    Contexto: Estudios realizados en redes de baja tensión han explorado el modelado de cargas monofásicas lineales (como motores) y no lineales (como dispositivos basados en electrónica de potencia). No obstante, los motores de inducción presentan características no lineales entre tensión y corriente debido a la saturación de sus partes magnéticas. Por ello es necesario estudiar el motor de inducción en el dominio de la frecuencia con un modelo que permita revisar la no linealidad característica de su interacción tensión-corriente.

    Metodología: Este artículo presenta el modelado en el dominio de la frecuencia de un motor de inducción monofásico usado como extractor de aire silencioso (127 V, 60 Hz, 66 W), el cual presenta un comportamiento capacitivo (fp = 0,93 en adelanto) y distorsión armónica debido a una componente del tercer orden (7,0 %) al ser alimentado con una tensión sinusoidal pura de 127 V.

    Resultados: Este trabajo establece los parámetros de dos enfoques del modelo equivalente de Norton (matriz de admitancias acoplada y desacoplada) usados para estimar la señal de corriente distorsionada y los valores de potencia activa y no activa consumidas. Los resultados muestran errores de comparación de P, Q, índices THDi y NRMSE menores al 7, 4, 14 y 3% respectivamente.

    Conclusiones: Los parámetros del modelo equivalente de Norton estimados para el motor de inducción monofásico permiten calcular con un alto grado de precisión la señal de corriente, la cual presenta características no lineales y un comportamiento capacitivo por la presencia permanente de un capacitor que ayuda al arranque y funcionamiento del motor.

  • English

    Context: Studies carried out in low voltage networks have explored the modeling of linear single-phase loads (such as motors) and non-linear ones (such as those based on power electronics). However, induction motors exhibit non-linear characteristics between voltage and current due to the saturation of their magnetic parts. Therefore, it is necessary to study induction motors in the frequency domain with a model that allows reviewing the characteristic nonlinearity of their voltage-current interaction.

    Methodology: This article presents the frequency domain modeling of a single-phase induction motor used as a silent air extractor (127 V, 60 Hz, 66 W), which presents a capacitive behavior (fp = 0,93 in leading) and harmonic distortion due to a third-order component (7,0%) when fed with a pure sinusoidal voltage of 127 V.

    Results: This work establishes the parameters of two approaches to the Norton equivalent model (coupled and decoupled admittance matrix) which are used to estimate the distorted current signal and the values of consumed active and non-active power. The results show comparisons errors of P, Q, THDi, and NRMSE indices of less than 7, 4, 14, and 3%, respectively.

    Conclusions: The parameters of the Norton equivalent model estimated for the single-phase induction motor allow calculating the current signal with a high degree of precision. This signal exhibits nonlinear characteristics and a capacitive behavior due to the permanent presence of a capacitor aiding the start and operation of the engine.