Diseño optimizado de una máquina de reluctancia conmutada

Wang, Keke (2018). Diseño optimizado de una máquina de reluctancia conmutada. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM), Madrid.

Descripción

Título: Diseño optimizado de una máquina de reluctancia conmutada
Autor/es:
  • Wang, Keke
Director/es:
  • Moreno-Torres Concha, Pablo
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Febrero 2018
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

Texto completo

[img]
Vista Previa
PDF (Document Portable Format) - Se necesita un visor de ficheros PDF, como GSview, Xpdf o Adobe Acrobat Reader
Descargar (4MB) | Vista Previa

Resumen

En este Trabajo Fin de Grado se han realizado tareas que suponen el diseño de una máquina de reluctancia conmutada y la optimización de los parámetros dimensionales con el fin de mejorar el comportamiento mecánico de la misma. Se han llevado a cabo simulaciones y cálculos a través de programas informáticos de cálculo y análisis como Matlab y ANSYS Maxwell. A continuación se muestra un esquema de la máquina diseñada con el último programa. El objetivo de utilizar la herramienta de Maxwell es simular el funcionamiento de la máquina en distintas condiciones de diseño y conseguir resultados que permiten un estudio de sus prestaciones. Se trata de un programa de cálculo electromagnético basado en elementos finitos. Por otra parte, se recurre al programa de cálculo Matlab para la realización de cálculos analíticos de manera precisa a partir de datos obtenidos en el primer programa. Se ha tomado como punto de partida un modelo desarrollado con la herramienta de Maxwell, que fue objeto de estudio para la aplicación como el motor de un vehículo eléctrico. Se trata de una Máquina de Reluctancia Conmutada (MRC, en inglés SRM Switched Reluctance Motor) 8/6. Tiene 8 polos en el estator y 6 polos en el rotor. A diferencia de las máquinas eléctricas convencionales ésta tiene 4 fases, con 1 par de polos por cada fase. En primer lugar, se ha simulado el funcionamiento de la MRC activando una sola fase con una corriente ideal en el modelo de Maxwell durante medio ciclo eléctrico. De este modo, se ha obtenido la forma de par monofásico en modo motor. Estos resultados son exportados en formato .tab, donde se han recogido los valores la posición de la máquina y el par resultante en función del tiempo de simulación. Se han importan estos datos a Matlab a partir de los cuales se ha completado la curva de par monofásico por su simetría impar. Después, se ha creado el de las tres fases restantes con el ángulo de desfase correspondiente. Para calcular el par resultante de la máquina se ha comparado el par de cada fase seleccionando el máximo durante un ciclo de activación. Del mismo modo, se ha determinado el orden de activación. Posteriormente, se ha determinado la variable denominada tiempo de activación, tiempo transcurrido desde la posición inicial hasta la energización de la siguiente fase, mediante dos métodos: cálculo teórico y cálculo analítico en Matlab. Para comprobar la validez de los resultados obtenidos se ha simulado el funcionamiento de la MRC en el modelo de Maxwell, escogiendo el satisfactorio. Una vez simulada la conmutación de las fases en el modelo de Maxwell se procede al siguiente análisis. En la optimización del diseño de la MRC se han realizado los siguientes casos de estudio: mantener fijo el diámetro exterior del estator para variar el diámetro del rotor y viceversa. Los otros parámetros optimizados son: ángulo de las bobinas, la altura y la anchura de los polos rotóricos. En cualquier caso, la densidad de corriente se ha mantenido constante, por lo que el área transversal y el número de vueltas de las bobinas también deben ser fijos. A través de la función Optimetrics de Maxwell se ha seleccionado un intervalo de valores de los parámetros a optimizar. Esta función permite fijar un número de casos de simulaciones, que se han realizado con la energización de una sola fase y una corriente ideal. De nuevo, se ha obtenido la forma de par monofásico de las distintas combinaciones y se han importado a Matlab. Se ha calculado analíticamente el par medio y el rizado de par de cada uno de los casos. Mediante la representación gráfica del par medio en función del rizado de par se han seleccionado los diseños más favorables. Por otro lado, también se ha ejecutado la optimización en Maxwell mediante el algoritmo de búsqueda de patrones (Pattern Search). Para evitar que el programa analice diseños no deseados y aumentar el número de iteraciones innecesariamente se ha introducido como punto inicial valores de los parámetros muy similares a los obtenidos en Matlab. La optimización finaliza al encontrar una solución que cumple con el valor buscado de la función de coste, en este caso se trata de la minimización del rizado de par mecánico. Por último, se han comparado los resultados obtenidos mediante ambos programas y se ha estudia la sensibilidad del rizado y del par medio de la MRC en función de los parámetros seleccionados. Se ha podido verificar que efectivamente el comportamiento mecánico de la máquina se ve influencia por éstos. La metodología presentada en este trabajo pretende calcular variables para modelar una máquina de reluctancia conmutada y optimizar los parámetros dimensionales que permiten a la MRC ofrecer prestaciones más convenientes, todo ello para una aplicación determinada.

Más información

ID de Registro: 50383
Identificador DC: http://oa.upm.es/50383/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:50383
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 20 Abr 2018 08:38
Ultima Modificación: 20 Abr 2018 08:38
  • InvestigaM
  • GEO_UP4
  • Open Access
  • Open Access
  • Sherpa-Romeo
    Compruebe si la revista anglosajona en la que ha publicado un artículo permite también su publicación en abierto.
  • Dulcinea
    Compruebe si la revista española en la que ha publicado un artículo permite también su publicación en abierto.
  • Recolecta
  • Observatorio I+D+i UPM
  • OpenCourseWare UPM