Tesis doctoral de Harold Saavedra Ordóñez
Debido a las nuevas políticas de conservación medio ambiental, los vehículos eléctricos toman una posición más importante en la sociedad actual. Los motores eléctricos constituyen el corazón de la cadena de tracción de un ev, por esta razón se debe encaminar la investigación hacia el diseño de motores de mayor eficiencia y fiabilidad. Este trabajo se enfoca en el análisis y diseño óptimo de un motor de flujo axial con tolerancia a fallos. Como base, se parte de la investigación de los procedimientos analíticos de diseño de motores eléctricos y del estudio de los efectos de los fallos eléctricos en el comportamiento de estos, de acuerdo a la configuración específica de cada máquina. Para desarrollar esta tesis se hará uso de herramientas analíticas y de métodos de simulación basados en métodos finitos (fem). En primera parte se hace un estudio del estado del arte del diseño de motores eléctricos tolerantes a fallos, en el cual se identifican las posibles configuraciones a usar y las principales reglas de diseño de estos motores. Debido a que las consecuencias de un cortocircuito entre espiras pueden ser catastróficas para el motor de imanes permanentes, en el siguiente capítulo se analiza su efecto en dependencia de la configuración de los devanados del motor, además de su posible detección. La detección del cortocircuito se basa en el análisis del espectro de frecuencias de las corrientes del estator y la componente homopolar de voltaje (zsvc). Para este estudio se seleccionan los 5 tipos de bobinados generalmente usados en motores eléctricos. Tomando en cuenta las tendencias de sistemas tolerantes a fallos de utilizar la redundancia de elementos, el estudio del cortocircuito se extiende al motor de 5 fases, para esto se desarrolla un modelo paramétrico del motor, el cual es utilizado para seleccionar los armónicos de frecuencias que permitan la detección del cortocircuito entre espiras en su fase más temprana. De la misma manera estos armónicos son analizados en modelos de simulación por elementos finitos, probando su potencial para el desarrollo de algoritmo de detección de fallos, característica deseable en los sistemas tolerantes a fallos. En última parte de este capítulo se estudia el efecto de la desmagnetización en el comportamiento de motores, en particular la influencia de la forma de los imanes cuando el motor funciona en régimen de fallo, como conclusión de este estudio se selecciona la forma de imán que mejor se comporta ante este tipo de fallos. Una vez analizado los posibles fallos eléctricos en el motor, el trabajo se centra en el diseño electromagnético óptimo de una máquina de flujo axial. El diseño optimo se apoya en el uso de ecuaciones analíticas del motor (afpmm) y se valida por medio de simulaciones fem. Para lograr el diseño óptimo de hace uso de algoritmo de optimización heurísticos, en particular los algoritmos genéticos. A estos algoritmos se les aplica las restricciones anteriormente encontradas en los estudios de fallos y en el estado de arte de motores tolerantes a fallos. Finalmente aplicando una serie de ecuaciones analíticas y teniendo en cuenta las restricciones de un diseño tolerante a fallos previamente seleccionadas se obtiene el diseño electromagnético óptimo de un motor de flujo axial tolerante a fallos. Para el proceso de optimización se utilizan algoritmos genéticos multi-objetivos en donde se busca maximizar la densidad de potencia y la eficiencia. Por último, el modelo del motor pentafásico de flujo axial es verificado por medio de simulaciones en elementos finitos.
Datos académicos de la tesis doctoral «Analysis and design of fault tolerant axial flux permanent magnet synchronous motors«
- Título de la tesis: Analysis and design of fault tolerant axial flux permanent magnet synchronous motors
- Autor: Harold Saavedra Ordóñez
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 05/02/2015
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- José Luís Romeral Martínez
- Tribunal
- Presidente del tribunal: abelardo Martínez iturbe
- martín víctor Riera guasp (vocal)
- (vocal)
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