El presente Trabajo de Título tiene como objetivo realizar un análisis comparativo del desempeño de estrategias de control avanzado aplicadas a un motor de inducción, en base a resultados de simulaciones computacionales y pruebas experimentales. Para realizar las pruebas experimentales se construyó un dispositivo de inversión de voltaje previamente diseñado, que considera modificaciones para solucionar problemas de funcionamiento presentados por la versión original. Las estrategias de control aplicadas se basan en un esquema de control por orientación de campo, realizando modificaciones en el bloque de control de velocidad de la máquina. En primer lugar, se estudió la respuesta del sistema en base a un controlador de velocidad “PI fraccionario”, la cual corresponde a una novedosa técnica que considera cálculo de integrales no enteras para la determinación de la acción de control. En segundo lugar, se implementó una estrategia de control exclusivamente aplicable a motores de inducción denominada “Control por deslizamiento constante”. Esta estrategia está basada en la optimización del par entregado por la máquina, lo que se traduce en una reducción de las corrientes de línea para un nivel de carga fijo. Finalmente, se procedió a realizar el control de velocidad del motor de inducción mediante la estrategia clásica que usa un controlador PI, cuyos resultados servirán como base de comparación frente a las otras dos estrategias expuestas. Para realizar la comparación del desempeño de cada una de las técnicas se estudiaron los tiempos de estabilización, corrientes máximas por fase, robustez frente a perturbaciones de torque en el conjunto motor-carga, cálculo de índices de desempeño basadas en el error de control (IAE, ISE, ITAE, ITSE) y aplicabilidad experimental en tiempo real de cada una de las estrategias. Con respecto a los resultados obtenidos, se puede decir que la utilización de un controlador PI fraccionario permite obtener distintos tipos de respuestas, desde dinámicas lentas y sin fluctuaciones hasta respuestas rápidas con fuertes oscilaciones, dependiendo del orden de integración escogido. La estrategia de Control por deslizamiento constante presentó los resultados esperados a nivel de simulación (esto es, bajo error de seguimiento y reducción de corrientes de línea con respecto a las otras estrategias implementadas). Sin embargo, a nivel experimental, el sistema no respondió de la forma presupuestada ya que al imponer un deslizamiento constante las corrientes aumentaron considerablemente y no se consiguió un seguimiento de referencia de velocidad. El controlador PI puede ser interpretado como un caso particular del PI fraccionario (considerando orden de integración unitario), y presentó un comportamiento adecuado tanto en simulaciones como en pruebas de laboratorio.

Durante el año 2008 hubo una fuerte restricción en la oferta de energía en el SIC, debido a condiciones hidrológicas adversas, ausencia de gas natural y escasa inversión en nuevas plantas de generación. Para evitar el racionamiento, entre otras medidas la autoridad instruyó a las empresas distribuidoras a reducir la tensión en el punto de conexión de sus clientes en hasta un 10% bajo la tensión nominal de suministro en zonas urbanas y en hasta un 12,5% en zonas rurales. El objetivo principal del trabajo de título aquí presentado, consiste en contribuir con elementos técnicos que permitan evaluar los efectos de una medida de reducción de tensión como herramienta de disminución de la demanda de electricidad a nivel del sistema de subtransmisión de Chilectra. Un objetivo secundario es analizar los efectos a nivel de sistema interconectado de dicha medida. Para poder lograr ambos objetivos es fundamental contar con un modelo de carga actualizado, el que además se proyecta como de gran utilidad para su uso en estudios de operación y planificación de los sistemas de distribución y de subtransmisión. El estudio comienza presentando una revisión bibliográfica sobre modelación de carga en función de la tensión y la frecuencia. Se exponen los modelos más ampliamente usados, las formas de obtener sus parámetros y distintos métodos de resolución. Para analizar los efectos a nivel de sistema, se realizan diversas reuniones técnicas con profesionales de empresas e instituciones que estuvieron directamente involucradas con la administración y/o control de la medida de reducción de voltaje. Una síntesis de estas reuniones se incluye en la memoria. Asimismo, se evalúan casos teóricos en sistemas pequeños para analizar el impacto del tipo de carga (dependencia de tensión), y de la compensación reactiva, sobre la efectividad de la medida de baja de tensión analizada. En dicho análisis se identifica un caso particular donde esta medida resulta ser contraproducente. Gran parte del desarrollo de esta memoria de título se construye a partir de ensayos de terreno, en los que se midieron las variaciones de potencia activa y reactiva debido a variaciones del voltaje en 8 transformadores de poder de Chilectra (6 de 110/12 kV y 2 de 110/23 kV). Con estos datos se realiza la modelación de los consumos asociados a dichos transformadores utilizando un procedimiento detallado en la revisión bibliográfica. Para estos efectos, se consideran tres horarios distintos para un día de semana. Cabe señalar que el caso particular mencionado anteriormente fue constatado en las mediciones de terreno. Se desarrolla un programa computacional en MATLAB para estimar los modelos de carga asociados a los transformadores que no pudieron ser ensayados. Dicho programa consideró dos métodos de resolución basados en reconocimiento de curvas de carga. Finalmente, se evalúa la medida de baja de tensión sobre un modelo reducido del SIC bajo la condición de operación que motiva el estudio y en distintos horarios (niveles de carga), concluyendo que la medida de baja de voltaje en sistemas de distribución es eficaz y puede significar una disminución en torno a los 60 MW bajo la condición de verano con hidrología seca, lo que equivale a un 3.3% de una demanda en Chilectra de 1815 MW. Queda propuesto como trabajo futuro realizar la modelación de cargas asociadas a otros transformadores de poder, extendiendo asimismo los modelos de carga para los meses de invierno.

Este proyecto presenta una alternativa económica, versátil y de bajo impacto ambiental para la generación de electricidad. Se trata de un grupo hidroenergético de 40 kW de potencia empleando una turbina Michell Banki el cual forma parte del proyecto de Desarrollo de Grupos Hidroenergéticos de hasta 500 kW promovido por el Área de Energía de la Pontificia Unversidad Católica del Perú. Se realizó el diseño hidráulico de la turbina de acuerdo a las formulaciones planteadas por Donat Banki y la a teoría de Turbomáquinas. Las características nominales de la turbina diseñada son las siguientes: 40kW de potencia eléctrica, velocidad de rotación de 600 rpm, 70% de eficiencia, velocidad específica de la turbina de Ns de 80, salto neto de 22,5 m y caudal de diseño de 0,28 m3/s. La zona de trabajo que abarca es: salto de 10 a 55 metros, caudal de 0,07 a 0,28 m3/s. Se propone la posibilidad de emplazar el grupo hidroenergético en la P.C.H. Porotongo en el departamento de San Martín. Se seleccionó un motor/generador síncrono de 45 kW de potencia y 1775 rpm. Se optó por un sistema de transmisión indirecta por medio de poleas y fajas debido a la diferencia en las velocidades de rotación entre los ejes del generador y el motor. Se implementó el algoritmo para el dimensionamiento de los principales componentes de la turbina Michell Banki en el programa Matlab cuyos datos de entrada deberán ser el número de álabes y la potencia mecánica. Se obtienen las dimensiones del rotor, el inyector, las velocidades del chorro y las características nominales de la turbina como caudal, salto y velocidad de rotación. El costo de fabricación del grupo hidroenergético de 40 kW de potencia empleando una turbina Michell Banki es de aproximadamente S/. 21 950. / Tesis

Ingeniero Civil Eléctrico / Las microrredes se alzan como una solución plausible a los problemas de integración de energías renovables y de generación distribuida a los sistemas eléctricos, permitiendo además la alimentación de zonas aisladas. En sistemas de baja tensión las cargas suelen ser monofásicas, lo que constituye una fuente natural de desbalances. Para el control de microrredes se opta generalmente por un control jerárquico, con control primario distribuido y control secundario y terciario centralizado. En general, se trabaja con control primario mediante curvas de estatismo emulando el comportamiento de las máquinas síncronas en los inversores, con lo cual los inversores comparten carga. El control secundario y terciario se encarga de mantener el sistema en condiciones nominales de operación y de optimizar la operación de la microrred. En el presente trabajo de título se aborda el control de microrredes de baja tensión ante desbalances. Usando el programa Plecs se ha simulado una microrred compuesta de tres inversores y líneas de transmisión de naturaleza resistiva, con las cuales se alimentan tres cargas balanceadas, sometiendo al sistema a impactos de carga desbalanceados. Para el diseño del control primario se ocupan curvas de estatismo y un lazo de impedancia ficticia. Se añade en paralelo con el control primario lazos de control que compensan la presencia de componentes de secuencia negativa y cero en la tensión. Se ha probado dos estrategias de control de secuencia negativa, una cooperativa y otra no cooperativa. El control secundario se encarga de restaurar la frecuencia y tensión a sus valores nominales. En los resultados obtenidos, se observa que el sistema reparte cargas de secuencia positiva. La impedancia ficticia permite que, aunque la línea sea resistiva, el sistema responda como si sus líneas fuesen de naturaleza inductiva. Para probar el control de secuencia negativa se ha simulado la respuesta del sistema ante un impacto de carga bifásico entre las fases a y b. Al conectar cargas trifásicas desequilibradas se consigue inyectar desbalance de secuencia negativa y cero. El control de secuencia negativa y cero actúa compensando la presencia de estas componentes con éxito; sin embargo, la estrategia colaborativa no comparte bien la potencia de secuencia negativa entre inversores. Esto ocurre debido a que las impedancias de las líneas afectan el desempeño de este control.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Presenta un análisis para determinar la sensibilidad de tensión de las principales barras del área norte del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN), el cual tiene una topología radial y presenta una carencia de reserva de generación hidrotérmica, la metodología que se presenta a continuación puede ser útil para realizar de una manera eficiente el control de tensión especialmente en zonas criticas como lo es el área norte del SEIN. Este trabajo esta principalmente dirigido a las personas que se encargan de la operación de sistemas eléctricos de potencia. El tema surge en la necesidad de plantear propuestas de solución a los problemas de tensión en el área norte del SEIN, los cuales se producen actualmente y de manera frecuente debido al crecimiento de la demanda y la falta de planificación de generación adicionándole a esto que el área norte del SEIN es un sistema radial, en el cual un leve déficit de generación en esta área termina produciendo un problema de tensión que si no se controla adecuadamente terminaría en un severo colapso de tensión. En este trabajo, la determinación de las sensibilidades, se realizó mediante el análisis de la matriz Jacobiana, utilizando el método de resolución de flujos de potencia Newton Rhapson. Este análisis nos ayuda a hacer de manera más eficiente el control de potencia activa y reactiva, así como los rechazos de carga manual debido a bajos perfiles de tensión producidos por un déficit de generación. En consecuencia, el planteamiento efectuado en esta tesis constituiría una solución de corto plazo para mejorar y hacer más eficiente el control de tensión en el área norte del SEIN, hasta que se implementen soluciones más robustas de largo plazo. / Tesis

Este proyecto presenta una alternativa económica, versátil y de bajo impacto ambiental para la generación de electricidad. Se trata de un grupo hidroenergético de 40 kW de potencia empleando una turbina Michell Banki el cual forma parte del proyecto de Desarrollo de Grupos Hidroenergéticos de hasta 500 kW promovido por el Área de Energía de la Pontificia Unversidad Católica del Perú. Se realizó el diseño hidráulico de la turbina de acuerdo a las formulaciones planteadas por Donat Banki y la a teoría de Turbomáquinas. Las características nominales de la turbina diseñada son las siguientes: 40kW de potencia eléctrica, velocidad de rotación de 600 rpm, 70% de eficiencia, velocidad específica de la turbina de Ns de 80, salto neto de 22,5 m y caudal de diseño de 0,28 m3/s. La zona de trabajo que abarca es: salto de 10 a 55 metros, caudal de 0,07 a 0,28 m3/s. Se propone la posibilidad de emplazar el grupo hidroenergético en la P.C.H. Porotongo en el departamento de San Martín. Se seleccionó un motor/generador síncrono de 45 kW de potencia y 1775 rpm. Se optó por un sistema de transmisión indirecta por medio de poleas y fajas debido a la diferencia en las velocidades de rotación entre los ejes del generador y el motor. Se implementó el algoritmo para el dimensionamiento de los principales componentes de la turbina Michell Banki en el programa Matlab cuyos datos de entrada deberán ser el número de álabes y la potencia mecánica. Se obtienen las dimensiones del rotor, el inyector, las velocidades del chorro y las características nominales de la turbina como caudal, salto y velocidad de rotación. El costo de fabricación del grupo hidroenergético de 40 kW de potencia empleando una turbina Michell Banki es de aproximadamente S/. 21 950.

El presente trabajo de tesis desarrolla el diseño de un circuito de tensión de referencia estable ante variaciones en la temperatura y la tensión de alimentación. Las topologías de circuitos de tensión de referencia clásicas limitan la tensión que entregan a valores cercanos a 1.2 V. Se propone diseñar y simular un circuito de tensión de referencia el cual entregará una tensión de referencia de 400 mV y requerirá una tensión de alimentación de 1 V. El circuito diseñado tiene como base el trabajo de H. Banba [29]. La tensión de referencia independiente a la temperatura se obtiene aprovechando la cancelación de dos coeficientes de temperatura provenientes de una configuración de transistores de juntura bipolar (BJT) tipo PNP, los cuales serán polarizados con un espejo de corriente que emplea transistores PMOS, a su vez el circuito tiene un amplificador operacional de una etapa, el cual minimiza el error en el espejo de corriente. En esta tesis, se priorizó que el voltaje de referencia sea menor a 1 V, así como que el coeficiente de temperatura sea menor a 30 ppm/ºC y se logre un PSRR de al menos -60 dB. El diseño ha sido realizado con la tecnología TSMC de 180 nm. Como resultados se llegó a obtener una tensión de referencia de 401.03 mV con un coeficiente de temperatura de 9.97 ppm/ºC y un PSRR de -63.69 dB. El circuito opera a 1 V y consume 6.37 μW. El diseño y los resultados se realizaron con el software Cadence Virtuoso Analog Design Environment®, empleando el simulador Spectre.

Este trabajo de investigación describe el funcionamiento de los circuitos que permiten la generación de un voltaje de referencia estable ante variaciones en la temperatura y el voltaje de alimentación. Las topologías clásicas de circuitos de voltaje de referencia limitan el voltaje que entregan a valores cercanos a 1.2 V, impidiendo que aplicaciones de menor voltaje puedan hacer uso de dichos circuitos. El principal inconveniente yace en que las topologías clásicas de estos circuitos limitan el voltaje que entregan a valores cercanos a 1.2 V. Actualmente muchos circuitos integrados se diseñan para operar con voltajes menores a 1.2 V, de modo que es necesario plantear las consideraciones que permitan el diseño de un circuito de voltaje de referencia de bajo voltaje. El propósito de este trabajo de investigación es exponer los fundamentos para el diseño de un circuito de voltaje de referencia. Se desarrolla la teoría que permite la obtención de un voltaje independiente de la temperatura. Posteriormente se analizan dos topologías: una convencional y otra de bajo voltaje. Esta última sirve de referencia para el diseño de voltaje de referencia de bajo voltaje. En la parte final de esta investigación se enuncian conclusiones sobre el marco teórico revisado. También se mencionan recomendaciones para el diseño de un circuito de bajo voltaje.

Ingeniero Civil Eléctrico / Una de las principales variables a controlar en un sistema eléctrico es la frecuencia. Para asegurar su estabilidad en las 2 etapas de control (control primario (CPF) y secundario de frecuencia (CSF)) se hace imprescindible un correcto ajuste de las ganancias de los reguladores involucrados. A través de esta memoria se busca proponer una metodología para el ajuste óptimo de reguladores PI encargados del CPF, los cuales pueden ser de frecuencia o potencia-frecuencia. Existe una infinidad de técnicas para definir los parámetros de los reguladores PI, no obstante no todas se ajustan al contexto de regulación de frecuencia utilizando centrales hidráulicas. En esta memoria se estudiaron 2 metodologías: ajuste según Bode y según Ziegler-Nichols. A través de un modelo lineal se aplicaron dichas metodologías al caso particular de la central Colbún. Luego, llevando los mismos ajustes a un modelo no lineal del sistema, se evaluó el desempeño de los reguladores para distintos escenarios y configuraciones: operación en isla y red; distintos niveles de potencia; diferentes niveles de cota de embalse. Para los casos en que la central opera con una cota alta y ésta se encuentra en la sección ancha de la chimenea de equilibrio que posee el sistema, los resultados muestran una respuesta que cumple con las exigencias presentadas en la Norma Técnica. Sin embargo, para cotas inferiores, cuando la cota pasa a la sección angosta de la chimenea, se observan respuestas no acorde a lo exigido. Para ello fue necesario proponer ajustes adicionales. De los resultados se observó que con el reajuste propuesto se cumplen con las exigencias de la Norma Técnica. Luego de establecer una comparación entre las respuestas del modelo no lineal y lineal, se obtuvo que para las condiciones de cota alta es posible utilizar el modelo lineal como una buena aproximación del no lineal. Luego, el análisis realizado para el CSF se realizó utilizando el modelo lineal. Se empleó un modelo de 2 centrales, con 2 generadores en cada una, donde una central se encarga exclusivamente del CPF mientras que la otra se encarga del CSF. Se ajustaron los principales parámetros del regulador encargado del CSF: la constante de tiempo del bloque integral y la tasa de toma de carga de las unidades. A través de las simulaciones se observó que el ajuste cumple con las exigencias fijadas por la Norma Técnica. El Artículo 3-17 de la Norma Técnica propone 2 alternativas para el control secundario de frecuencia: un control centralizado en el CDEC y uno localizado en una central (en este caso Colbún). Utilizando el sistema mencionado en el párrafo anterior, se estudiaron y compararon ambas alternativas. Se observó que la opción de un control localizado en una central es una solución simple, eficiente y viable, mientras que la alternativa de un control centralizado conlleva dificultades como lo son la presencia de oscilaciones sostenidas en el tiempo (ciclos límite), las cuales se deben a la presencia de retardos en el envío y recepción de las señales y a la difcultad de coordinación entre las tomas de carga de las unidades y la fijada por el CDEC.

Esta tesis versa en la síntesis, mediante métodos de baja temperatura(sol-gel y solvotermal), la caracterización y el estudio de las propiedades eléctricas, mediante Espectroscopia de Impedancia, de dos tipos de materiales ferroeléctricos: el óxido mixto de titanio y bario, BaTiO3(BT), dopado con diferentes iones (con estructura perovsquita), y la familia de compuestos Ba2LnTi2Nb3O15 (Ln = ión lantánido), con estructura de bronce de tungsteno tetragonal (TTB). Los principales resultados en el primer sistema estudiado (BT) es el descubrimiento de un nuevo fenómeno en materiales dopados con iones aceptores relacionado con la respuesta no-óhmica de su resistencia al aplicar un pequeño voltaje dc, tanto de la frontera como del interior de grano, lo que los hace prometedores para aplicaciones tales como dispositivos de memoria (similares a los memristores), de protección o sensores. Respecto al segundo sistema estudiado (TTB), el principal resultado fue la inusual histéresis térmica en la transición ferroeléctrica y la gran diferencia entre la temperatura de transición y la temperatura de Curie-Weiss. En todos los materiales se ha analizado en detalle la relación existente entre estructura, composición y propiedad.