Tesis Doctoral Prototipado Rapido

UNIVERSITAT POLITCNICA DE CATALUNYA

DEPARTAMENT DENGINYERIA ELCTRICA

TESIS DOCTORAL

SIMULACIN INTERACTIVA DE MOTORES DE RELUCTANCIA

AUTOCONMUTADOS

AUTOR: Balduino Blanqu Molina. DIRECTOR: Pere Andrada Gascn Fecha: NOVIEMBRE 2007

Lo importante en ciencia no es tanto obtener nuevos hechos como

descubrir nuevas formas de pensar sobre ellos. William Lawrence Bragg

"Todos tomamos distintos caminos en la vida, pero no importa a dnde

vayamos, tomamos un poco de cada quien. Tim McGraw

AGRADEZCO: A mi familia: la paciencia y la tolerancia de los ltimos aos: Incluyendo las incontables horas que os rob, da a da, trabajando en esta tesis.

A Paqui, Vera y Gens A mis padres: la confianza y el apoyo.

A mi madre cuando me deca: Tu eres capaz de conseguir lo que te propongas.

A mi padre que me ense :

a buscar varias soluciones para un mismo problema y escoger la mejor. A mis amigos que me han demostrado serlo: el aprecio y respeto.

Debo agradecer a todos los miembros del Grupo de accionamiento elctricos en conmutacin electrnica (GAECE) su colaboracin y apoyo en el desarrollo de esta tesis. As como a todos los proyectistas que bajo mi tutela han realizado el PFC en el mbito de los SRM y el prototipado rpido. Esta tesis ha sido subvencionada mediante dos proyectos de investigacin presentados en el marco del programa Nacional de Diseo y Produccin Industrial del Plan Nacional de Investigacin Cientfica, Desarrollo e Innovacin Tecnolgica (Con referencia: DPI2001-2203 el proyecto Accionamientos de reluctancia autoconmutados con perfil par-velocidad adaptable a distintos tipos de cargas y con referencia DPI2006-09880 el proyecto Accionamientos de reluctancia autoconmutados tolerantes a faltas para direccin asistida elctrica adaptados al futuro sistema de 42 V) financiada por el Ministerio de Ciencia y Tecnologa con fondos FEDER de los proyectos de investigacin

Resumen.

TITULO TESIS: SIMULACIN INTERACTIVA DE MOTORES DE

RELUCTANCIA AUTOCONMUTADOS

AUTOR: Balduino Blanqu Molina

DIRECTOR: Pere Andrada Gascn.

DEPARTAMENTO: Departament dEnginyeria Elctrica. Universitat Politcnica de Catalunya.

CONTENIDO: Aportaciones al modelado y a la simulacin interactiva de accionamientos de reluctancia autoconmutados (SRM: Switched Reluctance Motors) desde la perspectiva de la ingeniera concurrente, incluyendo el diseo de una plataforma digital para el estudio y desarrollo de accionamientos de SRM.

PALABRAS CLAVE: Motor de Reluctancia Autoconmutado (SRM), Accionamientos Elctricos, Simulacin Interactiva, Simulacin SIL (Software in the Loop), Prototipado Rpido, Convertidor Esttico, Interruptores de Estado Slido, Ingeniera Concurrente, Curvas de magnetizacin, Modelado, Control HIL (Hardware in the Loop), DSP (Procesador Digital de Seal), Matlab, Simulink.

Resumen.

RESUMEN:

En esta tesis se hacen contribuciones a la simulacin interactiva de motores de reluctancia autoconmutados desde la perspectiva de la ingeniera concurrente.

En primer lugar, despus de una breve introduccin histrica, se sita el motor de reluctancia autoconmutado (SRM) en el marco de los accionamientos elctricos y se introducen los principios bsicos de la ingeniera concurrente utilizando el prototipado rpido de accionamientos elctricos.

En segundo lugar se presenta la constitucin del accionamiento con SRM y sus principios de funcionamiento. Se especifican los antecedentes en el modelado de los SRM y se presenta un tratamiento original de las curvas de magnetizacin.

Seguidamente se trata la simulacin de los accionamientos elctricos desde la perspectiva de la ingeniera concurrente. Tras estudiar la evolucin de la simulacin (analgica, numrica, analgica digital, multidisciplinar, fsica, etc.), se muestran los procedimientos de la ingeniera concurrente que parten del modelado del accionamiento con SRM usando las tcnicas SIL (Software In the Loop) que permiten escoger y ajustar los controles ms adecuados usando un prototipo virtual del accionamiento y que integra los procedimientos utilizados en las tcnicas HIL (hardware in the loop), concretndose todo ello en una plataforma digital para el desarrollo de los accionamientos con SRM.

A continuacin se procede, despus de hacer una descripcin general del accionamiento programado, a detallar los programas utilizados en la simulacin interactiva de los diferentes componentes (convertidor esttico, detectores de posicin, sensores de corriente, cargas, etc) del accionamiento completo con SRM, considerando diferentes estrategias de control (pulso nico, control de corriente mediante histresis y PWM) y condiciones de funcionamiento (rgimen permanente, transitorios y faltas).

Posteriormente, se disea una plataforma para el desarrollo de accionamientos con SRM en tiempo real mediante un entorno de prototipado rpido. Esta plataforma es flexible modular y robusta permitiendo; configurar distintas topologas del convertidor, implementar distintas estrategias de control en tiempo real tanto para el convertidor como para el accionamiento, evitando los problemas habituales de prueba y ajuste, que tanto tiempo hacen perder en el diseo convencional de accionamientos, para centrar la atencin y los esfuerzos en los conceptos y aspectos clave de los accionamientos con SRM.

Una vez construida la plataforma de desarrollo, esta se utiliza para contrastar y validar los resultados obtenidos mediante la simulacin SIL, constatndose adems la capacidad de la plataforma para el desarrollo de accionamientos de SRM, as como sus ventajas para la enseanza e investigacin en este tipo de accionamientos.

Finalmente, se enumeran las aportaciones realizadas, se presentan las conclusiones finales y se describen futuras lneas de investigacin.

Resumen.

ABSTRACT: In this thesis, contributions are made to the interactive simulation of switched reluctance motors (SRMs) from the perspective of concurrent engineering. Firstly, after a brief introduction to the history of switched reluctance motors (SRMs), they are placed in the context of electric drives. The basic principles of concurrent engineering are then described by means of the rapid prototyping of electric drives. Secondly, the design of drives using SRMs and the principles behind their operation are presented. An overview of SRM modeling is given and an original treatment of magnetization curves is presented. Subsequently, the simulation of electric drives from the perspective of concurrent engineering is carried out. After a study of how simulation (analogical, numerical, analogical-digital, multidisciplinary and physical) has evolved, the procedures of concurrent engineering are demonstrated. The procedures start out by modeling drives with SRMs using SIL (Software-In-the-Loop) techniques. This makes it possible to choose and to fit the most suitable controls by using a virtual prototype of the drive and integrating the procedures used in HIL (hardware-in-the-loop) techniques. The final outcome is a digital platform for the development of drives using SRMs. After a general description of the drive, the programs used in the interactive simulation of the components (static converters, position detectors, current sensors, loads, etc.) of the complete drive with an SRM are described. Various strategies ranging from control (single pulse, control of current by means of hysteresis and PWM) to conditions of operation (permanent, transitory and faulty schemes) are also considered. A platform for the development of drives using SRMs in real time by means of rapid prototyping is designed. This platform is flexible, modular and robust, which makes it possible to configure different topologies for the converter and to implement different control strategies in real time for the converter and the drive. This avoids the habitual problems of testing and adjusting, which take up a great deal of time in conventional drive design, thus making it possible to focus on the drives conceptual features. Once the development platform has been built, it is used to validate the results obtained by means of SIL simulation. The platforms capacity to contribute to the development of SRM drives and its advantages for teaching and research in this particular field are demonstrated. Finally, all the original contributions are put forward, the conclusions are presented and future lines of research are described.

ndice Genrico.

Objetivos y Estructura.............................................................................................. i

ndice de Contenidos... iv

Acrnimos. ............... x

Smbolos. ..................................... vii

Lista de Figuras............................. xiv

Lista de Tablas ...................... xxi

Captulo 1: Introduccin a la simulacin interactiva de los accionamientos con SRM .. 1

Captulo 2:

Constitucin, comportamiento y modelado de los motores de reluctancia autoconmutados (SRM) 17

Captulo 3:

Simulacin de los accionamientos elctricos desde la perspectiva de la ingeniera concurrente....................................................... 58

Captulo 4:

Simulacin interactiva de accionamientos con SRM, mediante SIL.... 106

Captulo 5:

Plataforma para el desarrollo de accionamientos con SRM en RT, mediante prototipado rpido y HIL.... 211

Captulo 6: Contrastaciones, Validaciones y Resultados Experimentales 249

Captulo 7: Aportaciones, Conclusiones y Futuras lneas de investigacin... 275

Anexo A: Sensrica.... A.1

Anexo B: Caractersticas tcnicas de los motores empleados en los ensayos.. B.1

Anexo C: Equipamiento utilizado en el ensayo de los prototipos de SRM. C.1

Referencias Bibliogrficas. ... R.1

Publicaciones del autor. ... P.1

NDICE GENRICO

Objetivos y Estructura

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OBJETIVOS

El objetivo principal de esta tesis es implementar una plataforma para la simulacin interactiva, a partir de un modelo que se adapte a la caracterizacin de los distintos componentes del accionamiento con SRM (convertidor esttico, detectores de posicin, sensores de corriente, cargas, etc) considerando diferentes estrategias de control y condiciones de funcionamiento. El trabajo seguir los procedimientos de la ingeniera concurrente, usando las tcnicas SIL (software in the loop), para el modelado y la simulacin del accionamiento con SRM, integrando y utilizando las tcnicas HIL (hardware in the loop) para el control del accionamiento real mediante tcnicas de prototipado rpido. El trabajo incluir el diseo de una plataforma fsica para el desarrollo y /o validacin de accionamientos digitales con SRM. En este trabajo no contemplarn los aspectos trmicos, ni los efectos de las vibraciones.

ESTRUCTURA

Para cumplir con estos objetivos la tesis se ha estructurado en siete captulos y tres anexos.

El primer captulo situar al motor de reluctancia autoconmutado (SRM) en el contexto de los accionamientos elctricos, presentando una breve resea histrica de sus tendencias actuales y futuras. Seguidamente se pone en evidencia las ventajas que aporta la simulacin interactiva y el prototipado rpido dentro de la ingeniera concurrente en el diseo de este tipo de accionamientos.

En el segundo captulo se presenta la constitucin del accionamiento de SRM y se realiza una introduccin a su principio de funcionamiento. Se introducen las ecuaciones que describen el comportamiento del SRM relacionadas directamente con las diferentes formas de modelar el accionamiento, describindose a posteriori algunos sistemas de modelado para el SRM y analizndose sus ventajas e inconvenientes con el objetivo de utilizar el ms completo una vez verificado su correcto funcionamiento con un motor real.

El tercer captulo, recoge un resumen evolutivo de la simulacin justificando

su importancia en el diseo de los accionamientos introduciendo la metodologa de las tcnicas para el prototipado rpido (HIL y SIL) que en la actualidad se utilizan como sistema generalizado de desarrollo en la


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ingeniera concurrente. Se describen diferentes opciones de software a utilizar, en plataformas digitales en tiempo real, los cuales permiten desde los primeros pasos en el modelado y la simulacin (SIL) de accionamientos de SRM hasta la comprobacin de su funcionamiento con los controles especificados (HIL) y el test una vez fabricado este. Se muestran de forma resumida las ventajas e inconvenientes del software utilizado, para finalmente recomendar la utilizacin de Matlab-Simulink. Se analiza la constitucin de elemento procesador utilizado en las plataformas de desarrollo en tiempo real, esclareciendo las caractersticas a tener en cuenta para su eleccin. Se comparan diferentes plataformas digitales para el desarrollo de accionamiento, justificando la utilizacin de Dspace.

En el cuarto captulo, se realiza una descripcin general del accionamiento

programado en Matlab-Simulink, especificando las posibilidades consideradas. Se presenta de una forma detallada cada uno de los mdulos que intervienen en el accionamiento, exponiendo su modelado y programacin as como ejemplos de los resultados obtenidos en las simulaciones realizadas, para demostrar su correcto funcionamiento. Se realiza una comparativa entre las diferentes opciones para modelar el SRM. Se presenta el convertidor clsico modelado a partir del entorno grfico interactivo para sistemas dinmicos basados en eventos (temporales o de estado) que posee Simulink llamado Stateflow, comparndolo con el funcionamiento real de un convertidor de este tipo. Se proponen nuevos sistemas para la colocacin de los sensores de posicin, as como la programacin digital para generar los ngulos de conmutacin tanto para inicio como para bloqueo de la conduccin. Se exponen los sistemas de medida utilizados, introduciendo la medida de velocidad y de potencia. Se exponen las diferentes posibilidades de control para el convertidor y para el accionamiento, prestando especial inters en la optimizacin del rendimiento, proponiendo nuevos algoritmos que lo maximizan. Tambin se ha considerado la modelizacin de las faltas y la carga. De esta forma se constituye una plataforma SIL para la simulacin rgimen permanente y transitorio que ms tarde ser validada mediante la plataforma HIL.

El quinto captulo presenta una plataforma para el desarrollo de

accionamientos con SRM con procesado en tiempo real constituida segn la metodologa del prototipado rpido. Se detallan los aspectos ms relevantes de esta, correspondientes a su diseo, de forma que todas las suposiciones realizadas para SIL queden implementadas (Distintas posibilidades de configuracin, mnimos retardos, mxima flexibilidad, operatividad en tiempo real de los sensores, etc). Se muestran las caractersticas de software y hardware de la tarjeta controladora DS1104, as como el entorno de trabajo para la adquisicin y generacin de seal para el control. Finalmente se comprueba el diseo (convertidor, dispositivos de proteccin, elementos de


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medida, placa de control, software asociado) presentando la validacin del sistema completo HIL.

En el sexto captulo se muestran los resultados experimentales obtenidos

mediante la simulacin (SIL) y la plataforma de desarrollo (HIL) en tiempo real. En primer lugar se realiza la validacin de los modelos y sistemas presentados en los anteriores captulos, justificando la imbricacin de las dos plataformas, realizando las oportunas validaciones para rgimen permanente y dinmico. Se exponen las pautas a seguir en los tiempos de integracin y procesado. Se demuestra la validez del sistema integrado para la medida de velocidad y potencia. Finalmente se realizan ensayos, mostrando la importancia del ngulo de conduccin en este tipo de accionamientos y mostrando su influencia en el rendimiento (Se presentan tres alternativas; ngulos constantes, regla de Bose-Grible y el algoritmo optimizador de rendimiento debidamente contrastadas con un motor de induccin), as como la influencia sobre el rizado de par, la influencia en el ruido acstico. Tambin se muestran los resultados cuando se produce una falta en el accionamiento.

Finalmente el sptimo capitulo recoger las aportaciones realizadas dentro del

mbito de los accionamientos elctricos as como las conclusiones y futuras lneas de investigacin de este trabajo.

En el anexo A se explicarn los diferentes sensores utilizados en el control as como sus cadenas acondicionadoras mostrando sus cualidades y defectos ms importantes. Estos datos servirn de referencia y mencin durante los captulos que forman este trabajo en los cuales se detalla y explica la aplicacin de estos sistemas.

En el anexo B se presentan las caractersticas tcnicas de lo motores

empleados en los ensayos, tanto de los prototipos de SRM como de otros motores usados como carga o patrn de comparacin.

En el anexo C se describe el equipamiento utilizado para la medida de

corriente, tensin, potencia, par, ruido en el ensayo de los prototipos de SRM. Presentando los diferentes bancos de ensayo utilizados.

ndice de Contenidos

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CAPTULO 1: INTRODUCCIN A LA SIMULACIN INTERACTIVA DE LOS ACCIONAMIENTOS CON SRM. ............................................................................................................................................... 1

1.1 LOS MOTORES DE RELUCTANCIA AUTOCONMUTADOS EN EL MBITO DE LOSACCIONAMIENTOS ELCTRICOS. .................................................................................................... 2

1.1.1 EVOLUCIN DE LOS ACCIONAMIENTOS ELCTRICOS. ................................................ 21.1.2 ACCIONAMIENTOS A VELOCIDAD VARIABLE................................................................ 31.1.3 NUEVOS ACCIONAMIENTOS DE CONMUTACION ELECTRNICA. ............................. 41.1.4 ELECCIN DE LOS ACCIONAMIENTOS ELCTRICOS. .................................................... 41.1.5 COMPARACIN ENTRE DIVERSOS ACCIONAMIENTOS ELCTRICOS. ...................... 71.1.6 EVOLUCIN HISTRICA DE LOS ACCIONAMIENTOS DE SRM. ................................... 81.1.7 APLICACIONES, ACTUALES Y FUTURAS, PARA EL SRM. ............................................... 9

1.2 INTRODUCCIN A LA SIMULACIN INTERACTIVA. ........................................................... 121.3 INTRODUCCIN AL PROTOTIPADO RPIDO DE ACCIONAMIENTOS CON SRM. ......... 15

CAPTULO 2: CONSTITUCIN, COMPORTAMIENTO Y MODELADO DE LOS MOTORES DE RELUCTANCIA AUTOCONMUTADOS (SRM). ................................................................................. 18

2.1. CONSTITUCIN DE LOS SRM. .................................................................................................. 192.1.1 DESCRIPCIN GENERAL. ................................................................................................... 192.1.2 ESTRUCTURA MAGNTICA RELUCTANTE. .................................................................... 202.1.3 CONVERTIDOR ESTTICO DE POTENCIA. ..................................................................... 212.1.4 CONTROL. ............................................................................................................................. 23

2.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN SRM. .................................................................. 242.2.1 PERFIL DE INDUCTANCIA ................................................................................................. 242.2.2 CONSIDERACIONES SOBRE LA CONMUTACIN Y EL CONTROL .............................. 272.2.3 PRODUCCIN DE PAR ........................................................................................................ 312.2.4 CONSIDERACIONES SOBRE LA ALIMENTACIN DEL MOTOR. ................................. 332.2.5 CARACTERSTICA PAR-VELOCIDAD DEL ACCIONAMIENTO SRM. .......................... 37

2.3. MODELADO DEL SRM. ............................................................................................................... 392.3.1 INTRODUCCION. .................................................................................................................. 39

2.3.1.1 ECUACIONES QUE DESCRIBEN EL COMPORTAMIENTO LINEAL DE LOS SRM. ..................................................................................................................................................... 412.3.1.2. ECUACIONES QUE DESCRIBEN EL COMPORTAMIENTO NO LINEAL DE LOSSRM. ............................................................................................................................................ 42

2.3.1.2.1. IMPORTANCIA DE LAS CURVAS DE MAGNETIZACIN EN ELMODELADO NO LINEAL. ................................................................................................... 42

2.3.2 ANTECEDENTES EN EL MODELADO DEL SRM. ............................................................. 452.3.2.1 MODELOS LINEALES. .................................................................................................. 452.3.2.2 MODELOS NO LINEALES. ............................................................................................ 462.3.2.3 MODELOS NO LINEALES SIMPLIFICADOS. ............................................................. 48

2.3.3 TRATAMIENTO DE LAS CURVAS DE MAGNETIZACIN ADOPTADO. ..................... 492.3.3.1 MODELADO LINEAL. ................................................................................................... 50

2.3.3.1.1. EVOLUCIN DE LA INDUCTANCIA EN FUNCIN DE LA POSICIN PORTRAMOS LINEALES. ............................................................................................................ 502.3.3.1.2. EVOLUCIN DE LA INDUCTANCIA EN FUNCIN DE LA POSICIN COMOUNA SUMA DE TRMINOS SENOIDALES. ....................................................................... 51

2.3.3.2 MODELADO NO LINEAL. ............................................................................................ 522.3.3.2.1 OBTENCIN DE LAS CURVAS DE MAGNETIZACIN MEDIANTE SERIESDE COSENOS (MODELO COMPLETO) ............................................................................. 522.3.3.2.2 MODELADO NO LINEAL SIMPLIFICADO. ........................................................ 532.3.3.2.3 VERIFICACIN DE LOS MODELOS PROPUESTOS. ......................................... 55

NDICE DE CONTENIDOS

ndice de Contenidos

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CAPTULO 3: SIMULACIN DE LOS ACCIONAMIENTOS ELCTRICOS DESDE LA PERSPECTIVA DE LA INGENIERA CONCURRENTE.. .................................................................... 57

3.1 INTRODUCCIN. ......................................................................................................................... 583.1.1 RELACIN ENTRE EL MODELADO Y LA SIMULACIN. .............................................. 583.1.2. LA SIMULACIN DE LOS ACCIONAMIENTOS EN LA ACTUALIDAD. ....................... 60

3.2 EVOLUCIN DE LA SIMULACIN: ........................................................................................... 613.2.1 SIMULACIN ANALGICA ................................................................................................ 623.2.2 SIMULACIN NUMRICA .................................................................................................. 623.2.3 SIMULACIN ANALGICA DIGITAL ............................................................................... 633.2.4 SIMULADORES ESPECFICOS ............................................................................................. 643.2.5. SIMULADORES MULTI-DISCIPLINARES ......................................................................... 663.2.6 SIMULACIN FSICA ........................................................................................................... 67

3.3 USO DE LA SIMULACIN EN LA INGENIERA CONCURRENTE. ........................................ 723.3.1 INTEGRACIN OPTIMIZADA ENTRE LA SIMULACIN Y EL ENSAYO. .................... 723.3.2 EL NUEVO PAPEL DE LA EXPERIMENTACIN .............................................................. 733.3.3 NUEVAS HERRAMIENTAS Y TCNICAS PARA EL DESARROLLO SRD. ..................... 74

3.3.3.1 EL SIGNIFICADO DEL MODELADO Y LA SIMULACIN DINMICOS. ............... 763.3.3.2 ETAPAS DEL DESARROLLO DEL PRODUCTO DONDE PUEDE CONSIDERARSEEL MODELADO Y LA SIMULACIN. ..................................................................................... 763.3.3.3 DIFERENCIAS ENTRE PROTOTIPADO RPIDO, PROTOTIPADO VIRTUAL, HARDWARE-IN-THE-LOOP Y SOFTWARE-IN-THE-LOOP. ............................................. 763.3.3.4 CAMPOS DE UTILIZACIN DE ESTAS TECNOLOGAS. ......................................... 77

3.3.4 EL USO DE LA SIMULACIN APLICADA AL DESARROLLO DE ACCIONAMIENTOSELCTRICOS. .................................................................................................................................. 78

3.4 DESCRIPCIN Y ESPECIFICACIONES DE LAS PLATAFORMAS PARA EL DESARROLLOEN TIEMPO REAL. .............................................................................................................................. 80

3.4.1 INTRODUCCIN. .................................................................................................................. 803.4.1.1. GENERALIDADES SOBRE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO DIGITAL DESEAL. ........................................................................................................................................ 803.4.1.2 CARACTERSTICAS DEL ELEMENTO PROCESADOR. ............................................ 823.4.1.3 ALTERNATIVAS DE DISEO. ..................................................................................... 83

3.4.2 CARACTERSTICAS GENERALES DE LOS DSPs ............................................................... 853.4.2.1 ARQUITECTURA DE LA CPU. ..................................................................................... 853.4.2.2 JUEGO DE INSTRUCCIONES: ...................................................................................... 883.4.2.3 ARQUITECTURA DE LA MEMORIA: ......................................................................... 893.4.2.4 PERIFRICOS INTEGRADOS E INTERFACES DE ENTRADAS Y SALIDAS. .......... 903.4.2.5 FORMATO DE DATOS Y ANCHO DE PALABRA PARA DATOS. ........................... 92

3.4.2.5.1 Aritmtica en coma fija: .......................................................................................... 923.4.2.5.2 Aritmtica en coma flotante: .................................................................................. 933.4.2.5.3 Escoger un DSP para control de SRM segn la aritmtica: ................................... 94

3.4.2.6 CLASIFICACIN SEGN EL PARALELISMO DEL DISPOSITIVO: ......................... 943.4.3 DISPOSITIVOS COMERCIALES MS REPRESENTATIVOS. ........................................... 953.4.4 REAS DE APLICACIN ..................................................................................................... 953.4.5 CRITERIOS DE SELECCIN DEL DSP. ............................................................................... 96

3.4.5.1 PASO1: SELECCIN DEL DSP ...................................................................................... 963.4.5.2 PASO2: EVALUACIN DEL DSP SELECCIONADO ................................................ 1003.4.5.3 PASO3: FASE INICIAL DE DESARROLLO. ............................................................... 1003.4.5.4 PASO4: DESARROLLO DEL PRODUCTO FINAL .................................................... 100

3.4.6 PLATAFORMAS DE DESARROLLO EN TIEMPO REAL (RT) ........................................ 1013.4.6.1 PLATAFORMAS BASADA EN CPURT: ................................................................... 1023.4.6.2 PLATAFORMAS BASADAS EN MICROPROCESADORES-RT. .............................. 1033.4.6.3 PLATAFORMAS BASADAS EN CPU Y DSP-RT. ...................................................... 104

ndice de Contenidos

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3.5 PLATAFORMA ESCOGIDA PARA EL DESARROLLO DE ACCIONAMIENTOS. ................ 1043.5.1 JUSTIFICACIN DEL SOFTWARE ESCOGIDO ............................................................... 1043.5.2 JUSTIFICACIN DE LA PLATAFORMA HARDWARE DE DESARROLLO. ................. 105

CAPTULO 4: SIMULACIN INTERACTIVA DE ACCIONAMIENTOS CON SRM, MEDIANTE SIL.. ...................................................................................................................................................... 106

4.1 INTRODUCCIN. ....................................................................................................................... 1074.2 DESCRIPCIN GENERAL DEL ACCIONAMIENTO PROGRAMADO. ................................. 1074.3 OPCIONES A CONSIDERAR EN LA SIMULACIN DEL ACCIONAMIENTO. .................... 1094.4 DESCRIPCIN GENERAL DEL SISTEMA SIL Y HIL PROPUESTO PARA LOS SRD ........... 1114.5. MODELOS DEL SRM USADOS EN LA SIMULACIN. .......................................................... 113

4.5.1 PROCEDIMIENTO DE INICIALIZACIN Y AJUSTES DEL MODELO SIMPLIFICADOPROPUESTO PARA LA SIMULACIN DEL SRM. .................................................................... 1134.5.2 PROCEDIMIENTO DE INICIALIZACIN Y AJUSTES DEL MODELO COMPLETO(MEDIANTE SERIE DE COSENOS) PROPUESTO PARA LA SIMULACIN DEL SRM. ....... 1224.5.3 SIMULACIN DEL SRM: .................................................................................................... 124

4.5.3.1 SIMULACIN DE LAS ECUACIONES MECNICAS. ............................................. 1244.5.3.2 SIMULACIN DE LAS ECUACIONES ELCTRICAS. .............................................. 1254.5.3.3 CONSIDERACIN DE LAS PRDIDAS EN EL HIERRO. ........................................ 127

4.6 SIMULACIN DEL CONVERTIDOR. ....................................................................................... 1304.6.1 ELECCIN DEL TIPO DE CONVERTIDOR ...................................................................... 1304.6.2 MODELADO DEL CONVERTIDOR CLSICO ................................................................. 1314.6.3 SIMULACIN DEL CONVERTIDOR CLSICO. .............................................................. 134

4.6.3.1 HERRAMIENTAS UTILIZADAS EN LA SIMULACIN DEL CONVERTIDOR ..... 1344.6.3.2 DESCRIPCIN DE LAS ENTRADAS DEL CONVERTIDOR: ................................... 1354.6.3.3 DESCRIPCIN DE LAS SALIDAS DEL CONVERTIDOR: ........................................ 1364.6.3.4 PROGRAMACIN COMPLETA DEL CONVERTIDOR: .......................................... 137

4.7 ACONDICIONADOR DE LAS SEALES DE MEDIDA. ........................................................... 1384.7.1 MEDIDA DE VELOCIDAD ................................................................................................. 138

4.7.1.1 INTRODUCCIN. ........................................................................................................ 1384.7.1.2 MTODO PROPUESTO PARA LA ESTIMACIN DE LA VELOCIDAD: ............... 1414.7.1.3 PROGRAMACIN EN SIMULINK DEL ESTIMADOR DE VELOCIDAD: .............. 147

4.7.2 MEDIDA DE TENSIN, CORRIENTE Y POTENCIA. ...................................................... 1494.8. CONTROL DEL CONVERTIDOR ............................................................................................. 152

4.8.1 SELECTOR DE MODO DE OPERACIN DEL CONVERTIDOR. ................................... 1534.8.2 GENERACIN DE LA SECUENCIA DE CONMUTACIN: ............................................. 1614.8.3 SEALES DE CONTROL DE LOS REGULADORES PROPUESTOS. ............................... 177

4.9. CONTROL DEL ACCIONAMIENTO ........................................................................................ 1844.9.1 GENERADOR DE LOS NGULOS DE CONMUTACIN. ............................................... 185

4.9.1.1 GENERACIN DE NGULOS DE CONMUTACIN CONSTANTES. .................... 1854.9.1.2 GENERACIN DE LOS NGULOS DE CONMUTACIN VARIABLES. ................ 186

4.9.1.2.1 OBTENCIN DEL NGULO DE INICIO DE CONDUCCIN. ........................ 1864.9.1.2.2 OBTENCIN DEL NGULO DE FINALIZACIN DE CONDUCCIN. ......... 1884.9.1.2.3 APLICACIN DE LA REGLA DE BOSE Y GRIBBLE EN EL CLCULO DE LOSNGULOS DE CONMUTACIN. ...................................................................................... 192

4.9.1.3 AJUSTE DE LOS NGULOS DE CONMUTACIN PARA LA MAXIMIZACIN DEL RENDIMIENTO ........................................................................................................................ 194

4.9.2 CONTROL DE VELOCIDAD. ............................................................................................. 2014.10 SIMULACIN DE FALTAS. ...................................................................................................... 2064.11 SIMULACIN DE CARGAS VARIABLES ............................................................................... 209

ndice de Contenidos

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CAPTULO 5: PLATAFORMA PARA EL DESARROLLO DE ACCIONAMIENTOS CON SRM EN RT, MEDIANTE PROTOTIPADO RPIDO Y HIL SIL.. ................................................................... 211

5.1INTRODUCCIN ......................................................................................................................... 2125.1.1. DESCRIPCION GENERAL DE LA PLATAFORMA DE DESARROLLO. ........................ 212

5.2 CONSTITUCIN DEL PEEB ....................................................................................................... 2145.2.1 RECTIFICADOR Y FILTRO ................................................................................................ 2145.2.2 POSIBLES TOPOLOGAS DE LOS CONVERTIDORES DEL PEEB. ................................ 2155.2.3 SELECCIN DE LOS COMPONENTES ELECTRNICOS DE POTENCIA. ................... 2165.2.4 CIRCUITOS DE AYUDA A LA CONDUCCIN. ............................................................... 2185.2.5 CIRCUITOS DE PROTECCIN (SNUBBER). .................................................................... 2205.2.6 ESQUEMA CIRCUITAL COMPLETO ASOCIADO A UNA FASE DEL CONVERTIDOR ........................................................................................................................................................ 2225.2.7 EXPOSICIN DEL EQUIPO PEEB ..................................................................................... 225

5.3 MEDIDAS Y ACONDICIONAMIENTO (MEDIDA E INTERFACE). ...................................... 2275.3.1 DISPOSITIVO PARA DETECCIN DE LA POSICIN .................................................... 2275.3.2 DISPOSITIVOS PARA LA MEDIDA DE CORRIENTE Y TENSIN. ............................... 228

5.3.2.1 CONSIDERACIONES SOBRE LA MEDIDA DE CORRIENTE. ................................. 2295.3.2.2 ACONDICIONAMIENTO DE LA CORRIENTE ........................................................ 2305.3.2.3 CONSIDERACIONES SOBRE LA MEDIDA DE TENSIN. ...................................... 2325.3.2.4 ACONDICIONAMIENTO DE LA TENSIN .............................................................. 232

5.3.3 EXPOSICIN DEL EQUIPO DE MEDIDA E INTERFACE. .............................................. 2335.4 DRIVER (dispositivos de disparo). ............................................................................................... 2345.5 PLATAFORMA PARA EL CONTROL EN RT BASADO EN DSP. ........................................... 238

5.5.1 CONSTITUCIN DEL HARDWARE ................................................................................. 2395.5.2 CONSTITUCIN DEL SOFTWARE. .................................................................................. 242

5.5.2.1 CARACTERSTICAS Y REQUERIMIENTOS DEL DS1104 RTI. ............................... 2435.5.2.2 GENERACIN Y ADQUISICIN DE SEALES EN TIEMPO REAL ...................... 243

5.6 VALIDACIN DE LA PLATAFORMA DE DESARROLLO EN EL MBITO DELPROTOTIPADO RPIDO. ................................................................................................................ 247

CAPTULO 6: CONTRASTACIONES, VALIDACIONES Y RESULTADOS EXPERIMENTALES . ............................................................................................................................................................. 249

6.1 INTRODUCCIN ........................................................................................................................ 2506.2 VALIDACIN Y CONTRASTACIN DE LOS MODELOS Y SISTEMAS PRESENTADOS. . 251

6.2.1 VALIDACIN DEL MODELO EN REGIMEN PERMANENTE. ...................................... 2516.2.1.1 COMPORTAMIENTO EN PULSO NICO. ............................................................... 2516.2.1.2 COMPORTAMIENTO CON CONTROL DE CORRIENTE. ...................................... 253

6.2.2 VALIDACIN DEL MODELO EN RGIMEN DINMICO. ............................................ 2556.2.3 VALIDACIN DEL MODELO DEL CONVERTIDOR Y SUS CONTROLADORES. ....... 257

6.2.3.1 CONSIDERACIONES SOBRE LOS TIEMPOS DE INTEGRACIN Y PROCESADO. ................................................................................................................................................... 260

6.2.4 VALIDACIN DEL SISTEMA PARA LA MEDIDA DE POTENCIA. .............................. 2616.2.5 VALIDACIN DEL SISTEMA PARA LA MEDIDA DE VELOCIDAD. ........................... 262

6.3 ENSAYOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES ..................................................................... 2646.3.1 INFLUENCIA DEL NGULO DE CONDUCCIN EN EL RENDIMIENTO DEL SRM. . 264

6.3.1.1 RENDIMIENTO DEL SRM CON NGULOS DE CONDUCCIN CONSTANTES.. 2646.3.1.2 RENDIMIENTO DEL SRM CON NGULOS DE CONDUCCIN VARIABLES. .... 265

6.3.1.2.1 CONTROL DE LOS NGULOS DE CONDUCCIN MEDIANTE LA REGLA DE BOSE Y GRIBBLE. ............................................................................................................... 2666.3.1.2.2 CONTROL EN LINEA DE LOS NGULOS DE CONDUCCIN MEDIANTE EL MODULO OPTIMIZADOR DEL RENDIMIENTO. .......................................................... 267

6.3.1.3 CONTRASTACIN DE LAS DIFERENTES ESTRATGIAS DE CONTROL DE LOS NGULOS DE CONDUCCIN CON UN MOTOR DE INDUCCIN. ................................. 269

6.3.2 INFLUENCIA DEL NGULO DE CONDUCCIN EN EL RIZADO DEL PAR DEL SRM. ........................................................................................................................................................ 271

ndice de Contenidos

viii

6.3.3 INFLUENCIA DEL NGULO DE CONDUCCIN EN EL RUIDO ACSTICO. ............. 2736.3.4 INFLUENCIA DE UNA FALTA EN LA RESPUESTA DEL ACCIONAMIENTO. ............ 273

CAPTULO 7: APORTACIONES, CONCLUSIONES Y FUTURAS LNEAS DE INVESTIGACIN . ............................................................................................................................................................. 275

7.1 APORTACIONES DE LA TESIS. ................................................................................................. 2767.2 CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 2787.3 FUTURAS LNEAS DE INVESTIGACIN. ................................................................................ 279

ANEXO A: SENSRICA. ..................................................................................................................... A.1

A.1 INTRODUCCIN ....................................................................................................................... A.2A.1.1 DOMINIO DE DATOS: ....................................................................................................... A.2A.1.2 TRANSDUCTORES O SENSORES DE MEDIDA. ............................................................. A.3A.1.3 CLASIFICACIN DE LOS TRANDUCTORES O SENSORES .......................................... A.4A.1.4 ETAPAS ACONDICIONADORAS ..................................................................................... A.7

A.2 TIPOS O CLASES DE ENCODERS PARA LA MEDIDA DE VELOCIDAD Y POSICIN. .... A.9A.2.1 INTRODUCCIN ................................................................................................................ A.9A.2.2 ENCODERS INCREMENTALES ....................................................................................... A.11A.2.3 ENCODERS ABSOLUTOS ................................................................................................ A.14

A.2.3.1 PROTOCOLO DE COMUNICACIN ...................................................................... A.16A.2.3.1.1 INTERFAZ DE COMUNICACIN SERIE (SSI INTERFACE) ...................... A.16A.2.3.1.2 INTERFAZ PARALELA (PARALEL INTERFACE) ........................................ A.17A.2.3.1.3 ELECTRNICA DE SALIDA ............................................................................. A.18

A.2.4 PARMETROS GENERALES DE LOS ENCODERS ....................................................... A.18A.2.5 ENCODER OPTO-INTERRUPTORES + DISCO RANURADO. ..................................... A.20

A.2.5.1 INTRODUCCIN ...................................................................................................... A.20A.2.5.2 CONSTRUCCIN Y CODIFICACIN DEL DISCO RANURADO ........................ A.22A.2.5.3 ELECTRONICA ASOCIADA AL DISCO RANURADO. ......................................... A.25

A.3 TIPOS O CLASES DE SENSORES PARA LA MEDIDA DE TENSIN Y CORRIENTE. ...... A.26A.3.1 INTRODUCCIN: ............................................................................................................. A.26A.3.2 SENSORES INDUCTIVOS (Transformadores de corriente). ........................................... A.26A.3.3 SENSORES RESISTIVOS (Shunt). .................................................................................... A.26A.3.4 SENSORES MAGNTICOS (Hall). ................................................................................... A.27

A.3.4.1 MEDIDAS EN LAZO ABIERTO. .............................................................................. A.28A.3.4.2 MEDIDAS EN LAZO CERRADO. ............................................................................ A.28

A.3.5 BOBINA DE ROGOWSKY. .............................................................................................. A.30A.3.6 SOLUCIN ADOPTADA PARA LA MEDIDA DE TENSIN Y CORRIENTE. ........... A.31

A.3.6.1 AJUSTE DE LOS CIRCUITOS ACONDICIONADORES DE LA CORRIENTE. ..... A.32A.3.6.2 AJUSTE DE LOS CIRCUITOS ACONDICIONADORES DE LA TENSIN. .......... A.34

ANEXO B: CARACTERSTICAS TCNICAS DE LOS MOTORES EMPLEADOS EN LOS ENSAYOS. ............................................................................................................................................................... B.1

B.1 MOTORES SRM ............................................................................................................................ B.2B.1.1 MOTOR SRM CON ESTRUCTURA 6/4. ............................................................................. B.2B.1.2 MOTOR SRM CON ESTRUCTURA 12/8. ........................................................................... B.3

B.2 MOTORES COMERCIALES. ....................................................................................................... B.4B.2.1 MOTOR SNCRONO: INFRANOR MAVILOR MA-6 ....................................................... B.4B.2.2 MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA: VASCAT CC ID090S. ........................................ B.5B.2.3 MOTOR DE INDUCCIN ABB ........................................................................................... B.6

ndice de Contenidos

ix

ANEXO C: EQUIPAMIENTO UTILIZADO EN EL ENSAYO DE LOS PROTOTIPOS DE SRM. ...... C.1

C.1 DESCRIPCIN DEL EQUIPAMIENTO DE MEDIDA UTILIZADO. ...................................... C.2C.1.1 MEDIDAS DE TENSIN, CORRIENTE Y POTENCIA. ................................................... C.2C.1.2 MEDIDA DE PAR ESTTICO Y DINMICO. .................................................................. C.3

C.1.2.1 PAR ESTTICO: .......................................................................................................... C.3C.1.2.2 PAR DINMICO: ........................................................................................................ C.3C.1.2.3 CONSIDERACIONES SOBRE LA MEDIDA DE PAR DINMICO. ......................... C.4

C.1.3 OTRAS MEDIDAS. .............................................................................................................. C.6C.2 DESCRIPCION DE LOS BANCOS DE ENSAYO UTILIZADOS. ............................................. C.7

C.2.1 BANCO DE ENSAYO CON FRENO DE HISTRESIS. ..................................................... C.7C.2.2 BANCO DE ENSAYO CON MQUINA SNCRONA MAVILOR. ................................... C.8C.2.3 BANCO DE ENSAYO CON MQUINA DE CONTINUA VASCAT. ............................... C.9

Lista de Acrnimos.

x

ACRNIMOS

A Alineamiento o alineada. AC Corriente alterna. A/D Analgico a digital. BD Diagramas de bloques (Block-diagrams ). CAD Diseo asistido por ordenador (Computer Aided Design). CAE Simulacin interactiva (Computer Aided Engineering). CAT Asistencia al ensayo o experimentacin (Computer Aided Test). CD Esquemas circuitales (Circuit diagrams). CLK Reloj de Sincronismo. DC Corriente Continua. DSP Procesador digital de seal EDA Ecuaciones Diferenciales Algebraicas EDO Ecuaciones Diferenciales Ordinarias. EPROM Dispositivo de memoria programable elctricamente de solo lectura. FEA Anlisis mediante elementos finitos. FEM Fuerza electromotriz. HIL Simulacin del controlador utilizando el sistema real Hardware-In-the-Loop. IGBT Interruptor controlado (Insulate Gate Bipolar Transistor) IM Motor de induccin. MAC Unidad de clculo basada en el producto acumulativo de dos secuencias

(Multiply and Acumulate). MX Mximo mcm Mnimo comn mltiplo. MIN Mnimo ML Lenguaje de modelado (Modeling Language) NA No Alineamiento o desalineada. PEBB Power Electronic Building Block. PI Proporcional Integral. ppr Pulsos por revolucin PWM Modulacin de anchura de pulso "Pulse width modulation". REF Referencia RPM Revoluciones por minuto. RT Tiempo real [Real Time] SIL Simulacin del controlador en un sistema virtual (Software-In-the-Loop). SRM Motor de Reluctancia Variable (Switched Reluctance Motor). SRD Accionamiento con SRM (Switched Reluctance Drive) S&T Simulacin y ensayo.

Lista de Smbolos.

xi

SMBOLOS

Distancia entre optointerruptores. Evento detectado mediante un disco ranurado. Error Factor de amortiguamiento. Rendimiento. ngulo de posicin rotrica. Flujo. Flujo concatenado. A Posicin alineada. A Flujo concatenado en la posicin alineada. c ngulo normal de conduccin de los interruptores controlados. C Constante de tiempo del convertidor. diente ngulo del diente del disco indicador de posicin. e ngulo de extincin de corriente y final de conduccin de los diodos. e Constante de tiempo elctrico. I Rizado de la corriente de fase. m ngulo donde el polo estatrico empieza a solaparse con el estatrico. m Constante de tiempo mecnico del SRM. NA Posicin no alineada. NA Flujo concatenado en la posicin no alineada. OFF ngulo de final de conduccin respecto a la posicin de no alineamiento. offmx ngulo mximo de final de conduccin. offmin ngulo mnimo de final de conduccin. ON ngulo de inicio a la conduccin respecto a la posicin de no alineamiento. onmx ngulo mximo de inicio de conduccin. onmin ngulo mnimo de inicio de conduccin. paso ngulo de paso. ngulo de diente. ngulo de ranura. mn ngulo de ranura mnimo. r Arco polar rotrico. S Arco polar estatrico. r Angulo de paso o resolucin. R Paso polar rotrico ranura ngulo de la ranura del disco indicador de posicin. res ngulo resolucin. B Coeficiente de rozamiento viscoso del motor. B Coeficiente de rozamiento viscoso total. BL Coeficiente de rozamiento viscoso de la carga. br Ancho polar rotrico. bS Ancho polar estatrico.

Lista de Smbolos.

xii

C Rigidez torsional. CcL Rigidez torsional del acoplamiento con la carga. CcM Rigidez torsional del acoplamiento con el motor. CcT Rigidez torsional de cada acoplamiento del transductor de par. CT Rigidez torsional del Transductor de par. CTOT Coeficiente equivalente de rigidez torsional D Relacin cclica o Ciclo de trabajo (Dutty Cicle). De Dimetro del entrehierro. fC Frecuencia de conmutacin de las fases fN Frecuencia natural del banco de pruebas. fparSRM Frecuencia del par en un motor de SRM G() Funcin de ajuste. gmx Longitud mxima del entrehierro. gmn Longitud mnima del entrehierro. I Corriente eficaz. i Corriente instantnea. IDC Corriente absorbida por el convertidor de potencia. IMAX Corriente mxima de limite para el funcionamiento del accionamiento. IPh Corriente de fase. ISingle Corriente que pasa por el motor mientras conducen los interruptores. J Momento de inercia. JcL Momento de Inercia del acoplamiento con la carga. JcM Momento de Inercia del acoplamiento con el motor. JcT Momento de Inercia de cada acoplamiento del transductor de par JL Momento de Inercia de la carga. JM Momento de Inercia del motor. JT Momento de Inercia del Transductor de par. K Constante de proporcionalidad. k Nmero entero (denominado multiplicidad de los polos). Ke Constante de prdidas en el hierro en funcin de la velocidad. Ki Constante integral del controlador PI. KL Relacin lineal del perfil de inductancia. kp Constante proporcional del controlador PI. ks Factor de saturacin. L Inductancia. l d/dL . LA Inductancia en la posicin alineada. Lmax Inductancia mxima. Lmin Inductancia mnima. LNA Inductancia en la posicin no alineada. M Par. m Nmero de fases. mNR Strok(desplazamiento del rotor provocado en cada cambio de la secuencia de

conmutacin de las fases. MAV Par medio.

Lista de Smbolos.

xiii

ML Par resistente en la carga. MPh Par en una fase. n Velocidad en r.p.m. N Nmero de espiras de la bobina de una fase. N Nmero de eventos obtenidos de un disco ranurado. NA No alineamiento o no alineada. NparMX(SRM6/4). Velocidad mxima para la medida del par dinmico. Npasos Nmero de Pasos por revolucin del motor. NR Nmero de polos del rotor. NS Nmero de polos del estator. P Potencia.

mx Reluctancia mxima del circuito magntico. min Reluctancia mnima del circuito magntico.

RPh Resistencia de fase. T Perodo. t Tiempo. tOff Tiempo de no conduccin del interruptor controlado. tOn Tiempo de conduccin del interruptor controlado. U Tensin de alimentacin v Tensin instantnea. VDC Tensin en el bus de continua. VL f.e.m. inducida. VPh Tensin de fase. W Energa. W' Coenerga. Coeficiente de saturacin. Velocidad en rad/s. N Velocidad nominal del SRM V Velocidad mxima de Controlabilidad del SRM

Lista de Figuras

xiv

LISTA DE FIGURAS

Figura Comentarios Pgina CAPTULO 1: Figura 1.1.1: Evolucin de los accionamientos elctricos. ........................................................................ 3Figura 1.1.4: Clasificacin de los accionamientos segn la potencia. ....................................................... 5Figura 1.1.6: Evolucin histrica del SRM ................................................................................................ 8Figura 1.2.1. Tiempos utilizados en la ingeniera convencional y concurrente. ................................... 13Figura 1.2.2: Relacin de las nuevas tecnologas en la Simulacin interactiva. ..................................... 14Figura 1.2.3: Utilidad vs Exactitud de la simulacin. ............................................................................... 14Figura 1.3.1: Desarrollo tradicional de un accionamiento de SRM ........................................................ 15Figura 1.3.2: Desarrollo mediante Prototipado virtual de un accionamiento de SRM .......................... 16 CAPTULO 2: Figura 2.3.3.1.2.2: Evolucin de la inductancia con la posicin en el prototipo 6/4. ............................. 52Figura 2.3.3.2.1: Comparacin de las curvas de flujo obtenidas experimentalmente con lareconstruidas mediante el modelo completo. .......................................................................................... 53Figura 2.3.3.2.2.1: Eleccin de parmetros en el clculo de ks para diferentes valores de corriente. .... 54Figura 2.3.3.2.2.2: Comparacin de las curvas de flujo obtenidas experimentalmente con lareconstruidas mediante el modelo simplificado. ..................................................................................... 55Figura 2.3.3.2.3.1: Validacin de la forma de onda de corriente para alta velocidad (3000 rpm). ........ 56Figura 2.3.3.2.3.2: Validacin de la forma de onda de corriente para velocidades medias (1850 rpm). 56

CAPTULO 3: Figura 3.1.1.1: Entorno de simulacin para accionamientos de SRM ..................................................... 59Figura 3.1.1.2: Entorno de prototipado para accionamientos de SRM ................................................... 59Figura 3.3.2: Integracin de la simulacin terica con los ensayos experimentales .............................. 73Figura 3.3.3.3: Sistema de desarrollo en V mediante prototipado rpido. .............................................. 77Figura 3.4.1.1: Medida de corriente y generacin de seal de control para un actuador. ..................... 81Figura 3.4.1.3: Posibilidad de implementacin de los algoritmos digitales ............................................ 83Figura 3.4.2.1.1: Arquitectura y caractersticas bsicas de una unidad MAC. ........................................ 85Figura 3.4.2.1.2: Ejemplo de representacin con 16 bits y efecto del desbordamiento. ......................... 86Figura 3.4.2.1.3: Unidad generadora de direcciones de datos (DAG) ..................................................... 88Figura 3.4.2.4: Perifricos integrados de un DSP. .................................................................................... 90Figura 3.4.3: Mercado Mundial de DSPs en 2005 : $ 9,80 billones. (Fuente : Semiconductor BusinessNews) ......................................................................................................................................................... 95Figura 3.4.4: reas de aplicacin de los DSPs .......................................................................................... 95Figura 3.4.5.1: Esquema del entorno y herramientas de desarrollo para DSPs ...................................... 99Figura 3.4.5.4: Nomenclatura de los DSPs de Texas Instruments ......................................................... 101Figura 3.4.6.1.1: Ejemplo de arquitectura y Software de OPAL-RT ..................................................... 102Figura 3.4.6.1.2: Aplicacin de la plataforma de desarrollo para realizar un test mediante HIL......... 103Figura 3.4.6.2: Ejemplo de arquitectura y Software de QUANSER. ..................................................... 103Figura 3.4.6.3: Diagrama de implementacin en RT para HIL de dSPACE. ......................................... 104

CAPTULO 4: Figura 4.2.1: Diagrama de bloques del control de velocidad de una SRD. ........................................... 108Figura 4.3: Esquema de diseo para accionamientos con SRM. ............................................................ 109Figura 4.4.1: Esquema de un accionamiento completo de SRM en simulacin. Implementadomediante SIL. ........................................................................................................................................... 111Figura 4.4.2: Esquema de un accionamiento completo de SRM utilizando HIL. ................................. 112Figura 4.5.1: Entorno grfico para el modelado de las curva de magnetizacin en un accionamiento6/4. ........................................................................................................................................................... 114Figura 4.5.1.1: Error numrico cometido en la reconstruccin de las curvas de magnetizacin hasta 25A partiendo de los valores iniciales obtenidos hasta 10 A. .................................................................... 115

Lista de Figuras

xv

Figura 4.5.1.2: Programacin de la curva de magnetizacin en Simulink............................................ 115Figura 4.5.1.3: Configuracin del tiempo de integracin para un paso fijo de 10 ms durante 25 s(correspondientes a los 25 A de corriente mxima) en Simulink. ........................................................ 117Figura 4.5.1.4: Reconstruccin del flujo en funcin de la corriente para la posicin de alineamiento yno alineamiento y las posiciones intermedias a intervalos de 5. .......................................................... 118Figura 4.5.1.5: Clculo del flujo concatenado en funcin de la posicin y la corriente en Simulink(Modelo Simplificado). ............................................................................................................................ 118Figura 4.5.1.6: Comparativa de la funcin Ks (en rojo) con la aproximacin fT (en azul) mediante series de Taylor. ....................................................................................................................................... 120Figura 4.5.1.7: Clculo del par en funcin de la posicin y la corriente en Simulink. (Modelo Simplificado). ........................................................................................................................................... 121Figura 4.5.2.1: Clculo del flujo concatenado en funcin de la posicin y la corriente en Simulink(Modelo Completo). ................................................................................................................................ 122 Figura 4.5.2.2: Clculo del par en funcin de la posicin y la corriente en Simulink (ModeloCompleto). ............................................................................................................................................... 123Figura 4.5.2.3: Comparativa de las formas de onda de par mediante el modelado simplificado Par(SIM) y el modelado completo Par(COM). ......................................................................................... 123Figura 4.5.3.1: Motor SRM de 3 fases ..................................................................................................... 124Figura 4.5.3.2.1: Fases del accionamiento con la implementacin del ngulo de paso. ....................... 125Figura 4.5.3.2.2: Modelo para una fase del SRM .................................................................................... 126Figura 4.5.3.2.3: Ejemplo de la mscara de inicializacin para el prototipo 6/4 del anexo de motores................................................................................................................................................................... 127Figura 4.5.3.3.1: Resultados experimentales de las prdidas en el SRM 6/4. ........................................ 128Figura 4.5.3.3.2: Circuito equivalente para la consideracin de las prdidas en el hierro. .................. 128Figura 4.5.3.3.3: Modelo para una fase del SRM considerando las prdidas del hierro. ...................... 129Figura 4.5.3.3.4: Comparativa entre el modelo simplificado sin prdidas (Azul) y el modelosimplificado con prdidas en el hierro (Rojo) a 2500 rpm. ................................................................... 129Figura 4.6.2.1: Esquema para la estructura del convertidor clsico, para SRMs trifsicos .................. 132Figura 4.6.2.2: Esquemas equivalentes de la idealizacin correspondiente a los interruptores de unafase en el convertidor clsico. ................................................................................................................. 132Figura 4.6.3.2: Equivalencia de las entradas reales del convertidor con el modelado medianteSimulink. ................................................................................................................................................. 135Figura 4.6.3.3: Programacin de una fase del convertidor mediante StateFlow .................................. 137Figura 4.6.3.4: Esquema completo del convertidor clsico trifsico en Simulink. ............................... 137Figura 4.7.1.1.1: Respuesta en velocidad de una mquina de SRM. ..................................................... 138Figura 4.7.1.1.2: Discos ranurados y optointerruptores para SRM trifsicos. ....................................... 139Figura 4.7.1.1.3. Generacin de la velocidad en rpm mediante optointerruptores. ............................. 140Figura 4.7.1.2.1: Medida de la mitad del pulso de entrada (Bajas velocidades). ................................... 142Figura 4.7.1.2.3: Algoritmo para el clculo de la velocidad. .................................................................. 144Figura 4.7.1.3.1: Modelo del estimador de velocidad programado en Simulink. ................................. 147Figura 4.7.1.3.2: Programacin de los 10 contadores en paralelo. ........................................................ 147Figura 4.7.1.3.3: Seleccin de la medida vlida. ..................................................................................... 148Figura 4.7.1.3.4: Clculo de la velocidad y del tiempo empleado en la medida para bajas velocidades................................................................................................................................................................... 148Figura 4.7.1.3.5: Clculo de la velocidad y del tiempo empleado en la medida para medias-altasvelocidades. ............................................................................................................................................. 149Figura 4.7.2.1: Formas de ondea de corriente de fase, tensin de fase y potencia en el bus de continuapara un control de histresis. .................................................................................................................. 149Figura 4.7.2.2: Seales de la potencia instantnea y media en el Bus de continua. ............................. 150Figura 4.7.2.3: Clculo de la potencia media del Bus de continua. ....................................................... 151Figura 4.8.1: Diagrama de bloques detallado del control del convertidor de un SRD. ........................ 152Figura 4.8.1.1: Bloque de seleccin de troceado para una fase. ............................................................. 153Figura 4.8.1.2: Formas de onda del modo SoftChopping a 2500 rpm y 9A. ......................................... 154Figura 4.8.1.3: Formas de onda del modo HardChopping a 2500 rpm y 9A. ........................................ 155

d d l d l f h

Lista de Figuras

xvi

Figura 4.8.1.4: Mquina de estados para el Modo Alternating SoftChopping ...................................... 156Figura 4.8.1.5: Formas de onda del modo Alternating SoftChopping a 2500 rpm y 9A . .................... 157Figura 4.8.1.6: Mquina de estados para el Modo Alternating Phase ShiftChopping. ......................... 157Figura 4.8.1.7: Formas de onda del modo Alternating Phase ShifChopping a 2500 rpm y 9A .......... 159Figura 4.8.1.8 Bloque de seleccin del modo de operacin del convertidor de 3 fases. ....................... 160Figura 4.8.2: Posibles seales de entrada y salida del bloque generador de secuencia de conmutacin................................................................................................................................................................... 161Figura 4.8.2.1.1: Detalle del disco ranurado y los optointerruptores para una estructura 6/4 ............. 162Figura 4.8.2.1.2: Zonas de funcionamiento en sentido de giro izquierdas. ........................................... 162Figura 4.8.2.1.3: Seales de los optointerruptores y cdigo digital generado. ...................................... 163Figura 4.8.2.1.4: Proceso de sincronizacin del disco ranurado con el rotor del SRM. ....................... 164Figura 4.8.2.1.5: Posicionado y sincronizacin del disco en prototipo del SRM 6/4. ........................... 165Figura 4.8.2.2.1: ngulos de conduccin obtenidos mediante lgica combinacional entre la posicinde alineamiento y no alineamiento. ....................................................................................................... 166Figura 4.8.2.2.2: Representacin de los ngulos de conduccin obtenidos mediante lgicacombinacional aplicados a cada fase. ...................................................................................................... 167Figura 4.8.2.4.1: Representacin de los eventos detectados para cada fase. ......................................... 170Figura 4.8.2.4.2: Descripcin de las seales de conmutacin con ngulos variables para una fase, en unciclo polar rotrico. ................................................................................................................................. 171Figura 4.8.2.4.3: Generacin de las seales de conmutacin con ngulos variables para una fase, en unciclo polar rotrico. ................................................................................................................................. 172Figura 4.8.2.4.4: Esquema general de procesado del ngulo de conduccin. ....................................... 173Figura 4.8.2.4.5: Generacin de la secuencia de conmutacin bsica. .................................................. 173Figura 4.8.2.4.6: Generacin de las seales de conmutacin con ngulos variables. ........................... 174Figura 4.8.2.4.7: Clculo de tiempo en recorrer un grado y bloques usados para la generacin de laseales de conmutacin con ngulos variables de una fase. .................................................................. 175Figura 4.8.2.4.8: Procesado del ngulo de inicio de la conduccin. ...................................................... 175Figura 4.8.2.4.9: Procesado del ngulo de finalizacin de la conduccin. ............................................ 175Figura 4.8.3.1: Posibles seales de entrada y salida del bloque Regulador. .......................................... 177Figura 4.8.3.2: Mdulo regulador de Corriente por Histresis programado en Simulink. ................... 177Figura 4.8.3.3: Regulacin de corriente mediante histeresis a 8 A a una velocidad de 500 rpm ......... 178Figura 4.8.3.4: Seal de control obtenida mediante PWM a 10kHz. .................................................... 178Figura 4.8.3.5: Bloque regulador de tensin PWM programado en Simulink. ..................................... 179Figura 4.8.3.6: Regulacin de tensin a D=0,5 (Vrefmx/2) obteniendo 1500 rpm. ............................... 179Figura 4.8.3.7: Mdulo regulador de tensin PWM programado en Simulink. ................................... 180Figura 4.8.3.8: Regulacin de corriente a 6 A obteniendo 1500 rpm. .................................................. 181Figura 4.8.3.9: Seales de corriente y control para dos reguladores de (en rojo regulador de Histeresisy en azul regulador PWM a 10kHz). ...................................................................................................... 182Figura 4.8.3.10: Ampliacin de las Seales de la figura 4.8.3.9. ............................................................ 182Figura 4.8.3.11: Mdulo regulador programado en Simulink ............................................................... 183Figura 4.9: Diagrama de bloques detallado del control del accionamiento de un SRD. ...................... 184Figura 4.9.1: Localizacin de los ngulos de conmutacin referidos a la evolucin idealizada de lainductancia para un control de corriente. .............................................................................................. 185Figura 4.9.1.1: Mdulo para la seleccin de ngulos constantes programado en Simulink. ................ 186Figura 4.9.1.2.1.2: Evolucin de la corriente referida a la posicin no alineada de la evolucinidealizada de la inductancia. ................................................................................................................... 187Figura 4.9.1.2.2.1 :Ciclo de energa para un control de corriente a 8 A y 500 rpm, manteniendoconstante el ngulo de inicio de la conduccin a on=2 , en rojo off=25 y azul off=32 ........... 189Figura 4.9.1.2.3.1: Programacin en Simulink del mdulo para el clculo del ngulo de inicio deconduccin por la regla de Bose. ............................................................................................................ 193Figura 4.9.1.2.3.2: Programacin en Simulink del mdulo para el clculo del ngulo de inicio deconduccin por la regla de Gribble. ....................................................................................................... 193Figura 4.9.1.2.3.3: Bloques para el clculo de los ngulos de conmutacin mediante la Regla de Bose yGribble. .................................................................................................................................................... 194

Lista de Figuras

xvii

Figura 4.9.1.3.1: Programacin en Simulink del bloque optimizador de rendimiento. ....................... 195Figura 4.9.1.3.2: Preprocesado de la referencia de corriente (Iref) provinente del control de velocidad................................................................................................................................................................... 196Figura 4.9.1.3.3: Zonas de funcionamiento del algoritmo de rendimiento. ......................................... 197Figura 4.9.1.3.4: Preprocesado de la velocidad y la referencia de velocidad. ....................................... 197Figura 4.9.1.3.5: Bloque de ajuste para los parmetros de paso. ............................................................ 198Figura 4.9.1.3.6: Diagrama de flujo relacionado con los estados para el algoritmo optimizador derendimiento. ............................................................................................................................................ 198Figura 4.9.1.3.7: Diagrama de estados para el algoritmo optimizador de rendimiento propuesto. ..... 200 Figura 4.9.1.3.8: Mdulo generador de los ngulos de conmutacin con las propuestas deprogramacin. .......................................................................................................................................... 200Figura 4.9.2.1 Diagrama de bloques del sistema de control simplificado. ............................................ 201Figura 4.9.2.2: Esquema clsico del PI utilizado. ................................................................................... 202Figura 4.9.2.3: Bloques del controlador PI Programado en Simulink. .................................................. 203Figura 4.9.2.4: Comportamiento del controlador para un arranque a 1000 rpm a plena carga y a uncuarto de carga. ....................................................................................................................................... 204Figura 4.9.2.5: Saturacin del integrador para un arranque a 1000 rpm con una carga de 0,24 Nm ... 204Figura 4.9.2.6: Comportamiento del accionamiento a una perturbacin de carga despus de unarranque a 1000 rpm. .............................................................................................................................. 205Figura 4.10.1: Opciones de cortocircuito y circuito abierto de fase. ..................................................... 208Figura 4.10.2: Respuesta del accionamiento a una falta en una fase. .................................................... 209Figura 4.11.1: Bloque para la simulacin de cargas variables ................................................................ 210Figura 4.11.2 Entorno de programacin de cargas variable. ................................................................. 210

CAPTULO 5:

Figura 5.1.1.1: Diagrama de bloques de la plataforma propuesta. ......................................................... 213Figura 5.1.1.2: Banco de prueba para el Test HIL de accionamientos de SRM. ................................... 213Figura 5.2: Esquema general del conjunto PEEB con el puente rectificador trifsico, filtro, convertidorde potencia y circuitos de proteccin y ayuda a la conmutacin. ......................................................... 214Figura 5.2.2: Topologas de los convertidores estticos (4 fases). .......................................................... 215Figura 5.2.3.1: Rango de dispositivos electrnicos de potencia comerciales. ....................................... 216Figura 5.2.4.1: Forma de la seal de disparo en la puerta del interruptor. ........................................... 218Figura 5.2.4.2: Corriente aplicada al IGBT mediante un circuito RC de ayuda a la conduccin ........ 219Figura 5.2.5.1: Circuitos de reduccin de tensin RCD. ........................................................................ 220Figura 5.2.5.2: Red Snubber RCD de carga-descarga. ............................................................................ 221Figura 5.2.5.3: Estados de la Red Snubber RCD de carga-descarga....................................................... 221Figura 5.2.6.1 - Red RC de ayuda a la conmutacin (en rojo) y red RCD Snubber de carga y descarga(en azul) para una fase del convertidor. ................................................................................................. 222Figura 5.2.6.2 Detalle real de los componentes usados para implementar los mduloscorrespondientes a los interruptores del convertidor esttico. ............................................................. 223Figura 5.2.6.3: Detalle de los mdulos de potencia del PEEB dispuestos sobre el radiador. ................ 223Figura 5.2.6.4: Esquema de las conexiones elctricas entre los mdulos superiores e inferiores para elconvertidor esttico clsico. .................................................................................................................... 224Figura 5.2.7.1: Detalle de las salidas del PEEB ....................................................................................... 225Figura 5.2.7.2: Detalle de las entradas del PEEB .................................................................................... 225Figura 5.2.7.3: Vista superior y detalle de las conexiones del PEEB ..................................................... 226Figura 5.3.1.1: Esquema del adaptador de seal para el encoder incremental. .................................... 227Figura 5.3.1.2: Esquema del adaptador de seal para la deteccin de la posicin, mediante sensores deposicin .................................................................................................................................................... 228Figura 5.3.2: Esquema simplificado de conexin para el rectificador, filtro, convertidor esttico depotencia, convertidor electromecnico de cuatro fases y elementos de medida. ................................. 228Figura 5.3.2.2.1: Conversin de la seal de corriente de la fase A (IMPhaseA) adquirida mediante eltransductor LV-25-NP en una seal de referencia negativa (IMadqPhaseA). .............................................. 230Figura 5.3.2.2.2: Esquemas de los circuitos para la medida de corriente. ............................................. 231Figura 5.3.2.4: Circuito para la medida de tensin. ............................................................................... 232

Lista de Figuras

xviii

g pFigura 5.3.3.1: Identificacin de los componentes del dispositivo para deteccin de la posicin. ...... 233Figura 5.3.3.2: Identificacin de los componentes del dispositivo para la medida de corriente ytensin. .................................................................................................................................................... 233Figura 5.3.3: Equipo para la medida de posicin, corriente y tensin. ................................................. 234Figura 5.4.1: Esquema circuital de adaptacin de la seal de disparo de un interruptor. .................... 235Figura 5.4.2: Circuito integrado NMH0515S y equivalencia del Convertidor DC/DC. ....................... 236 Figura 5.4.3: Circuito principal del Driver para la adaptacin de las seal de disparo de losinterruptores del PEEB ........................................................................................................................... 237Figura 5.4.4: Equipo Driver para la adaptacin de las seal de disparo de los interruptores del PEEB................................................................................................................................................................... 237Figura 5.5.1: Diagrama de bloques de la plataforma para el control en RT. ......................................... 238Figura 5.5.1.1: Interface para la conexin CLP1104. ............................................................................. 239Figura 5.5.1.2: Arquitectura de la Tarjeta DS1104. ................................................................................ 240Figura 5.5.1.3: Descripcin de la Tarjeta DS1104. ................................................................................. 240Figura 5.5.1.4: Diagrama de bloques y esquema de conexiones Hardware de la plataforma HIL ....... 241Figura 5.5.2: Coexistencia del Software usando Real Time Windows Target ...................................... 242Figura 5.5.2.2.1 : Bloque programado en Simulink para la comunicacin con el hardware mediante latarjeta de control DS1104. ...................................................................................................................... 244Figura 5.5.2.2.2: Configuracin de las Entradas y salidas digitales en Simulink (RTI) ........................ 244Figura 5.5.2.2.3: Configuracin de las entradas analgicas en Simulink (RTI) .................................... 245Figura 5.5.2.2.4: Configuracin de las entradas digitales del encoder incremental. ............................ 245Figura 5.5.2.2.5: Esquema de conexin Software de la plataforma HIL. .............................................. 246Figura 5.5.2.2.6: Layout de un control de corriente por histresis a 2,75 A y 1500 rpm. .................... 246Figura 5.5.2.2.7: Layout de ajuste de la velocidad de consigna y visualizacin de corriente total. ..... 247Figura 5.6.1: Seales de control generadas y de corriente y tensin medidas para un ensayo a Pulsonico 3700rpm con ngulos de conduccin 2 y 32 a 1,8Nm. ........................................................... 248

CAPTULO 6: Figura 6.1: Esquema equivalente utilizado para las plataformas SIL y HIL. ......................................... 250Figura 6.2.1.1.1: Esquema equivalente utilizado para los ensayos a pulso nico. ................................ 251Figura 6.2.1.1.2: Resultados experimentales del ensayo a pulso nico y 1,8 Nm. ................................ 252Figura 6.2.1.1.3: Comparativa del par, velocidad y corriente para pulso nico. .................................. 252Figura 6.2.1.1.3: Comparativa de la corriente de fase entre SIL y HIL para pulso nico. .................... 253Figura 6.2.1.2.1: Esquema equivalente utilizado para los ensayos con control de corriente. .............. 253Figura 6.2.1.2.2: Resultados experimentales del ensayo con control de corriente SoftChopping a 1000rpm y 0,6 Nm. .......................................................................................................................................... 254Figura 6.2.1.1.3: Adquisicin del par, velocidad y corriente para la validacin con control de corrientemediante HIL. ......................................................................................................................................... 254Figura 6.2.1.1.4: Comparativa de la corriente de fase entre SIL y HIL con control de corriente SoftChopping a 1000 rpm y 0,6 Nm ...................................................................................................... 255Figura 6.2.2.1: Respuesta del accionamiento a variaciones de la consigna de velocidad (de 0 a 2000rpm) en pasos de 500 rpm, con control de corriente Softchopping. ..................................................... 255Figura 6.2.2.2: Resultados de la simulacin del accionamiento para variaciones de la consigna develocidad (de 0 a 2000 rpm) en pasos de 500 rpm, con control de corriente SoftChopping. .............. 256Figura 6.2.2.3: Formas de onda de la velocidad y la corriente de fase en un transitorio de carga concontrol de corriente por histresis. ......................................................................................................... 256Figura 6.2.2.4: Formas de onda de la velocidad y la corriente de fase en una simulacin de transitoriode carga con control de corriente por histresis. ................................................................................... 257Figura 6.2.3.1: Comprobacin del tiempo de retardo a la conduccin del convertidor. ...................... 257Figura 6.2.3.2: Selector de las diferentes estrategias de control del convertidor.................................. 258Figura 6.2.3.3: Ensayos con regulador de corriente por histresis a 1000rpm y 0,6Nm. ..................... 259Figura 6.2.3.1.1: Comparativa de los tiempos de procesado en un ensayo a 2500 rpm y 2Nm ............ 260Figura 6.2.4.1: Medida de potencia mediante vatmetro Zimmer y la entrada analgica de Spider8 instantnea............................................................................................................................................... 261

Lista de Figuras

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Figura 6.2.3.2: Representacin de las formas de onda de par, velocidad, potencia y valor medio de lapotencia. .................................................................................................................................................. 262Figura 6.2.3.3: Comparacin en la medida de potencia para diferentes condiciones de carga yvelocidad .................................................................................................................................................. 262Figura 6.2.5.1: Comparativa de velocidad del calculador propuesto (en rojo) con la dinamotacomtrica (en azul). .............................................................................................................................. 263Figura 6.3.1.1.1: Caracterstica par-velocidad. SRD 6/4 con ngulos constantes. ................................ 265Figura 6.3.1.1.2: Rendimiento de un SRM 6/4 trabajando a ngulos constantes. ................................. 265Figura 6.3.1.2.1: Esquema equivalente utilizado para la variacin de ngulos de conduccin. ........... 266Figura 6.3.1.2.1.1: Angulo de inicio y final de conduccin calculado segn la regla de Bose y Gribbleen funcin de la velocidad y distintas condiciones de carga. ................................................................ 266Figura 6.3.1.2.1.2: Rendimiento de un SRM 6/4 trabajando mediante Bose-Gribble. ......................... 267Figura 6.3.1.2.2.1: Resultados obtenidos con el algoritmo optimizador de rendimiento a 2000 rpm . 268Figura 6.3.1.2.2.2: Rendimiento de un SRM 6/4 trabajando mediante Algoritmo Optimizador. ........ 268Figura 6.3.1.3.1: Banco de ensayo para contrastacin de resultados usando el freno de histresisprogramable. ............................................................................................................................................ 269Figura 6.3.1.3.2: Rendimiento del motor de induccin (IM) con control vectorial. ............................ 269Figura 6.3.1.3.3: Ciclo de trabajo de 45 minutos aplicado al SRM 6/4 y IM ......................................... 270Figura 6.3.1.3.4: Comparativa del rendimiento del SRM con algoritmo optimizador ante el motor deinduccin para diferentes cargas y velocidades. .................................................................................... 271Figura 6.3.2.1: Ensayos con diferentes ngulos de conduccin constantes a 750 rpm 1,2 Nm ............ 272Figura 6.3.2.2: Rizado de par, para diferentes ngulos de conduccin a 750 rpm 1,2 Nm ................... 272Figura 6.3.4.1: Transitorio de 3 a 2 fases para el SRM 6/4 a 1000 rpm y 1,8 Nm en HIL. .................... 274Figura 6.3.4.2: Formas de onda de corrientes de fase y total en un transitorio de 3 a 2 fases para elSRM 6/4 a 1000 rpm y 1,8 Nm en HIL. .................................................................................................. 274

ANEXO A: Figura A.1.1: Dominios de datos. ........................................................................................................... A.2Figura A.2.2.:1 Esquema bsico de un encoder incremental rotativo ................................................ A.11Figura A.2.2.2: Seal de salida del encoder y su posterior tratamiento. ........................................... A.12Figura A.2.2.3: Disco ranurado de tres canales de un encoder incremental con sus respectivas salidaspor canal en los dos sentidos de giro. .................................................................................................. A.13Figura A.2.3.1: Esquema de un disco codificado y del interior de un encoder absoluto. .................. A.15Figura A.2.3.2: Diferencia entre un disco de cdigo binario y un disco de cdigo GRAY. ............... A.15Figura A.2.3.1.1: Protocolo de la transmisin de datos. ...................................................................... A.17Figura A.2.3.1.2: Salida de datos para interfaz paralela. ...................................................................... A.18Figura A.2.3.1.3: Salida de datos mediante una etapa push-pull. ........................................................ A.18Figura A.2.5.1.1: Discos ranurados con optointerruptores para un SRM 6/4. .................................... A.20Figura A.2.5.1.1: Seales obtenidas a la salida de los optointerruptores. ............................................ A.21Figura A.2.5.1.2: Encoder realizado mediante 3 sensores pticos y un disco ranurado para unaestructura 6/4 ......................................................................................................................................... A.21Figura A.2.5.2.1: Pasos empleados en recorrer un paso polar rotrico ............................................... A.22Figura A.2.5.2.2: Codificacin y disposicin de los optointerruptores para los modelos 6/4 y 12/8. A.24Figura A.2.5.3.1: Caractersticas y esquema equivalente del Opto interruptor H22A1 ..................... A.25Figura A.2.5.3.2: Esquema y circuito impreso de la electrnica de control aplicada a un disco ranuradode 4 dientes. ........................................................................................................................................... A.25Figura A.3.4: Efecto Hall utilizado para la medida de corriente. ........................................................ A.27Figura A.3.4.1: Medida de corriente en lazo abierto mediante un dispositivo Hall. .......................... A.28Figura A.3.4.2.1: Medida de corriente en lazo cerrado mediante un dispositivo Hall. ...................... A.28Figura A.3.4.2.3: Medida de tensin en lazo cerrado mediante un dispositivo Hall. ......................... A.29Figura A.3.5.1: Modelo de la bobina Rogowski ................................................................................... A.30Figura A.3.5.2: Medida de corriente mediante bobina de Rogowski. ................................................. A.30Figura A.3.6: Circuito de alimentacin y acondicionamiento recomendado por el fabricante. ........ A.32Figura A.3.6.2: Circuitos para la medida de tensin. ........................................................................... A.35

Lista de Figuras

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ANEXO B: Figura B.1.1: Prototipo con estructura 6/4 ............................................................................................. B.2Figura B.1.2: Prototipo con estructura 12/8 ............................................................................................ B.3Figura B.2.1: Motor de carga sncrono. ................................................................................................... B.4Figura B.2.2: Motor de carga de corriente contina. .............................................................................. B.5Figura B.2.3: Motor de induccin ABB. .................................................................................................. B.6

ANEXO C: Figura C.1.1.1: Detalle del medidor de corriente, tensin y potencia Zimmer LMG450. ................... C.2Figura C.1.1.2: Formas de onda para corriente total, corriente de fase, tensin y potencia, capturadas yvisualizadas con TDS5034B. ................................................................................................................... C.2Figura C.1.2.1: Detalle de la Sonda DS-Europe 535QD para la medida de par esttico acoplable

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