Metodología para modelar el accionamiento de un vehículo eléctrico

Vara Vaquero, Fernando (2017). Metodología para modelar el accionamiento de un vehículo eléctrico. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Metodología para modelar el accionamiento de un vehículo eléctrico
Autor/es:
  • Vara Vaquero, Fernando
Director/es:
  • Lafoz Pastor, Marcos
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Fecha: Septiembre 2017
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Eléctrica, Electrónica Automática y Física Aplicada
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

El uso del vehículo eléctrico puede mitigar el problema de la contaminación en grandes ciudades, así como ofrecer una alternativa al vehículo tradicional, que consume combustibles fósiles. En consecuencia, existe un interés generalizado en investigar sobre el vehículo de tracción eléctrica, su alternativas en cuanto a control y tipos de motores eléctricos. Este proyecto desarrolla un modelo, mediante la herramienta SIMULINK de MATLAB, del accionamiento de un vehículo eléctrico. En concreto, del Nissan Leaf. El modelo utiliza una máquina síncrona de imanes permanentes como motor, al igual que el vehículo elegido. Una vez se tiene el modelo, se hacen ensayos para aportar claridad al funcionamiento del accionamiento en su conjunto. Se consigue desarrollar una metodología para modelar el accionamiento de un vehículo eléctrico. El modelo consta de tres partes principales. La primera es el motor síncrono de imanes. Se utiliza como ejemplo un motor de imanes superficiales, pero se podría utilizar uno de imanes interiores así como otro tipo de motor. La segunda es la alimentación a dicho motor. Se trata de un conjunto batería-convertidor. El control del convertidor es la tercera. Se utilizan dos reguladores PI, que ajustan el valor de las corrientes reales al de consignas impuestas por el usuario del programa. El disparo o bloqueo de los transistores del convertidor (inversor trifásico de dos niveles) se gobierna mediante la técnica Pulse Width Modulation, que compara tres sen˜ales de control (moduladoras) con una portadora. El criterio de control depende del régimen de trabajo. Para regímenes que impliquen fuerza electromotriz menor que un límite, se utiliza el criterio de máximo par por amperio. En el resto, se utiliza el criterio de reducción de flujo. El usuario indica el par que desea y el control establece la corriente y su desfase respecto a la fuerza electromotriz. El principal problema en el desarrollo del modelo es la escasez de datos de partida. Los fabricantes ven en el vehículo eléctrico un nicho de mercado y por tanto, no publican datos técnicos sobre su tecnología. En referencia a la ingeniería eléctrica, se parte de la tensión de la batería y las curvas de potencia y par. En cuanto a ingeniería mecanica, se tienen datos dimensionales y de peso. Para que el modelo representara el vehículo, era necesario obtener datos de los parámetros internos del motor: inductancia, pares de polos, resistencia de los devanados estatóricos y enlaces de flujo debido a los imanes. En una primera aproximación, se hace una regresión de los valores de la resistencia y la inductancia a partir de un catálogo de motores de imanes del fabricante Bonfigliobi. El valor de la resistencia calculado es el definitivo. No así el de la inductancia. Para el cálculo de la inductancia y los enlaces de flujo, se desarrolla una metodología que partiendo de unas condiciones de funcionamiento determina el valor de dichos parámetros. Se demuestra que hay una relación entre la tensión en el bus de continua y la fuerza electromotriz máxima que se analizará. Además, se impone una condición de corriente máxima. El usuario impone los pares de polos y una limitación de corriente. Trabajando en dos regímenes que implican máxima potencia, se calculan constantes necesarias para el control de flujo en la máquina, aparte de los mencionados parámetros internos, inductancia y enlaces del flujo. También se dimensiona el convertidor electrónico que alimenta el motor. Se utiliza la herramienta SEMISEL de la companía SEMIKRON para buscar un convertidor que se ajuste al vehículo. De este convertidor, se estima el nivel de eficiencia, se explica de qué dependen su pérdidas y se desarrolla un desglose de las mismas. El accionamiento del vehículo queda totalmente definido con el cálculo de la relación de transformación entre el motor y la rueda, el desarrollo de un bloque de pares pasivos, que actúa como par de carga y la estimación de la inercia total referida al eje motor. Primeramente, se estima la relación de transformación existente entre la rueda del coche y el motor, sabiendo que es constante. Además, se desarrolla un bloque de cálculo de los pares pasivos en la máquina función de la velocidad real del vehículo. Los pares pasivos incluyen el rozamiento con el suelo, aerodinámico y una pendiente que puede ser impuesta por el usuario. Conocido el tiempo que tarda el vehículo en alcanzar 100 km/h, se utiliza la ecuación dinámica de la máquina para calcular la inercia del vehículo. Con el accionamiento del vehículo desarrollado en su totalidad, se hacen ensayos para demostrar la bondad del ajuste al vehículo real y para clarificar su funcionamiento. En el primer ensayo, se describen las curvas de potencia en su totalidad y se aprecian los dos criterios de control utilizados. En la segunda simulación, se demuestra que, en la medida de lo posible, el modelo tiene a utilizar el criterio de máximo par por amperio. Los ensayos tercero, cuarto y quinto son estáticos. En otras palabras, la inercia se fija en infinito y por tanto, no existe variación de la velocidad. Se calcula el factor de potencia y se hace una comparación del mismo en función de la velocidad y el criterio de control. En el sexto ensayo, se demuestra la influencia de la tensión de continua en el funcionamiento del modelo, hecho en el que se insiste a lo largo del documento. Por último, se hace un ensayo en el que se demuestra la validez del cálculo de la inercia del vehículo, así como la alta eficiencia de un vehículo eléctrico.

Más información

ID de Registro: 48839
Identificador DC: http://oa.upm.es/48839/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:48839
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 20 Dic 2017 14:09
Ultima Modificación: 23 Abr 2018 14:51
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